Ciencias de la Tierra

Objetivos de la lección

• Enumere las propiedades de las corrientes de aire dentro de una célula de convección.
• Describir cómo las células de alta y baja presión crean vientos locales y explicar cómo se forman varios tipos de vientos locales.
• Discuta cómo las células de convección globales conducen a los cinturones de viento globales.

Vocabulario

• advección
• Vientos chinos (vientos de Foehn)
• haboob
• zona de alta presión
• corriente en chorro
• vientos katabáticos
• brisa terrestre
• zona de baja presión
• monzón
• brisa de montaña
• frente polar
• efecto de sombra de lluvia
• Vientos de Santa Ana
• brisa marina
• brisa del valle

Introducción

Algunos principios básicos explican en gran medida cómo y por qué se mueve el aire: El aumento del aire caliente crea una zona de baja presión en el suelo. El aire del área circundante es aspirado al espacio dejado por el aire ascendente. El aire fluye horizontalmente en la parte superior de la troposfera; el flujo horizontal se llama advección. El aire se enfría hasta que desciende. Cuando llega al suelo, crea una zona de alta presión. El aire que fluye de áreas de alta presión a baja presión crea vientos. El aire caliente puede contener más humedad que el aire frío. El aire que se mueve en las bases de las tres células de convección principales en cada hemisferio norte y sur del ecuador crea los cinturones de viento globales.

La presión del aire y los vientos

Dentro de la troposfera son células de convección (Figura a continuación).

El aire que se mueve horizontalmente entre zonas de alta y baja presión hace viento. Cuanto mayor sea la diferencia de presión entre las zonas de presión, más rápido se mueve el viento.

La convección en la atmósfera crea el clima del planeta. Cuando el aire caliente sube y se enfría en una zona de baja presión, es posible que no pueda contener todo el agua que contiene como vapor. Parte del vapor de agua puede condensarse para formar nubes o precipitaciones. Cuando el aire frío desciende, se calienta. Dado que puede contener más humedad, el aire descendente evaporará el agua en el suelo.

El aire que se mueve entre grandes sistemas de alta y baja presión crea los cinturones eólicos globales que afectan profundamente el clima regional. Los sistemas de presión más pequeños crean vientos localizados que afectan el clima y el clima de un área local.

Una guía en línea sobre la presión del aire y los vientos de la Universidad de Illinois se encuentra aquí: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.

Vientos locales

Los vientos locales son el resultado del aire que se mueve entre sistemas pequeños de baja y alta presión. Las celdas de alta y baja presión se crean por una variedad de condiciones. Algunos vientos locales tienen efectos muy importantes en el tiempo y el clima de algunas regiones.

Brisas terrestres y marinas

Dado que el agua tiene un calor específico muy alto, mantiene bien su temperatura. Así que el agua se calienta y se enfría más lentamente que la tierra. Si hay una gran diferencia de temperatura entre la superficie del mar (o un lago grande) y la tierra cercana, se forman regiones de alta y baja presión. Esto crea vientos locales.

• Las brisas marinas soplan desde el océano más frío sobre la tierra más cálida en verano (Figura a continuación). ¿Dónde está la zona de alta presión y dónde está la zona de baja presión? Las brisas marinas soplan a unos 10 a 20 km (6 a 12 millas) por hora y la temperatura del aire baja de 5 a 10°C (9 a 18°F).
• Las brisas terrestres soplan de la tierra al mar en invierno. ¿Dónde está la zona de alta presión y dónde está la zona de baja presión? Un poco de aire más cálido del océano se eleva y luego se hunde en la tierra, lo que hace que la temperatura sobre la tierra se vuelva más cálida.

Las brisas terrestres y marinas crean el clima agradable por el que se conoce el sur de California. El efecto de las brisas terrestres y marinas se siente solo a unos 50 a 100 km (30 a 60 millas) tierra adentro. Este mismo efecto de enfriamiento y calentamiento ocurre en menor grado durante el día y la noche, porque la tierra se calienta y enfría más rápido que el océano.

Vientos monzónicos

Los vientos monzónicos son versiones a mayor escala de brisas terrestres y marinas; soplan del mar a la tierra en verano y de la tierra al mar en invierno. Los vientos monzónicos se producen donde las tierras de verano muy calurosas están al lado del mar. Las tormentas eléctricas son comunes durante los monzones (Figura a continuación).

El monzón más importante del mundo se produce cada año en el subcontinente indio. Más de dos mil millones de residentes de la India y el sudeste asiático dependen de las lluvias monzónicas para obtener agua potable y de riego. En los días de los veleros, los cambios estacionales en los vientos monzónicos transportaban mercancías de ida y vuelta entre la India y África.

Brisas de montaña y Valle

Las diferencias de temperatura entre montañas y valles crean brisas de montaña y valle. Durante el día, el aire en las laderas de las montañas se calienta más que el aire a la misma elevación sobre un valle adyacente. A medida que avanza el día, el aire caliente se eleva y extrae el aire frío del valle, creando una brisa del valle. Por la noche, las laderas de las montañas se enfrían más rápidamente que el valle cercano, lo que hace que una brisa de montaña fluya cuesta abajo.

Vientos katabáticos

Los vientos katabáticos suben y bajan las laderas, pero son brisas de montaña y valle más fuertes. Los vientos katabáticos se forman sobre un área de tierra alta, como una meseta alta. La meseta suele estar rodeada por casi todos los lados por montañas. En invierno, la meseta se enfría. El aire por encima de la meseta se enfría y se hunde desde la meseta a través de huecos en las montañas. Las velocidades del viento dependen de la diferencia de presión de aire sobre la meseta y sobre los alrededores. Los vientos katabáticos se forman en muchas áreas continentales. Vientos katabáticos extremadamente fríos soplan sobre la Antártida y Groenlandia.

Los vientos Chinook (Vientos Foehn)

Los vientos Chinook (o vientos Foehn) se desarrollan cuando el aire es forzado hacia arriba sobre una cordillera. Esto ocurre, por ejemplo, cuando los vientos del oeste traen aire del Océano Pacífico sobre las montañas de Sierra Nevada en California. A medida que el aire relativamente cálido y húmedo se eleva sobre el lado de barlovento de las montañas, se enfría y se contrae. Si el aire es húmedo, puede formar nubes y dejar caer lluvia o nieve. Cuando el aire se hunde en el lado de sotavento de las montañas, forma una zona de alta presión. El lado de barlovento de una cordillera es el lado que recibe el viento; el lado de sotavento es el lado donde se hunde el aire.

El aire descendente se calienta y crea vientos fuertes y secos. Los vientos Chinook pueden elevar las temperaturas más de 20 ° C (36 ° F) en una hora y disminuyen rápidamente la humedad. La nieve en el lado de sotavento de la montaña desaparece y se derrite rápidamente. Si cae la precipitación a medida que el aire se eleva sobre las montañas, el aire estará seco a medida que se hunde en el tamaño de sotavento. Este aire seco y hundido causa un efecto de sombra de lluvia (Figura a continuación), que crea muchos de los desiertos del mundo.

Vientos de Santa Ana

Los vientos de Santa Ana se crean a finales de otoño e invierno, cuando la Gran Cuenca al este de Sierra Nevada se enfría, creando una zona de alta presión. Las fuerzas de alta presión serpentean cuesta abajo y en el sentido de las agujas del reloj (debido a Coriolis). La presión del aire aumenta, por lo que la temperatura aumenta y la humedad disminuye. Los vientos soplan a través de los desiertos del suroeste y luego corren cuesta abajo y hacia el oeste hacia el océano. El aire es forzado a través de cañones que cortan las montañas de San Gabriel y San Bernardino (Figura a continuación).

Los vientos de Santa Ana a menudo llegan al final de la larga temporada de sequía de verano de California. Los vientos cálidos y secos secan aún más el paisaje. Si se inicia un incendio, puede propagarse rápidamente, causando devastación a gran escala (Figura a continuación).

Vientos del desierto

Las altas temperaturas de verano en el desierto crean vientos fuertes, que a menudo se asocian con tormentas monzónicas. Los vientos del desierto recogen polvo porque no hay tanta vegetación para retener la tierra y la arena. (Figura a continuación). Se forma un haboob en las corrientes descendentes en el frente de una tormenta eléctrica.

Los diablos de polvo, también llamados torbellinos, se forman a medida que el suelo se calienta tanto que el aire sobre él se calienta y se eleva. El aire fluye hacia la baja presión y comienza a girar. Los diablos de polvo son pequeños y de corta duración, pero pueden causar daños.

Circulación atmosférica

Debido a que más energía solar llega al ecuador, el aire se calienta y forma una zona de baja presión. En la parte superior de la troposfera, la mitad se mueve hacia el Polo Norte y la otra mitad hacia el Polo Sur. A medida que se mueve a lo largo de la parte superior de la troposfera se enfría. El aire frío es denso y cuando llega a una zona de alta presión se hunde en el suelo. El aire es aspirado hacia la baja presión en el ecuador. Esto describe las células de convección al norte y al sur del ecuador.

Si la Tierra no rotara, habría una célula de convección en el hemisferio norte y una en el sur con el aire ascendente en el ecuador y el aire que se hunde en cada polo. Pero debido a que el planeta gira, la situación es más complicada. La rotación del planeta significa que el Efecto Coriolis debe tenerse en cuenta. El efecto Coriolis fue descrito en el capítulo Océanos de la Tierra.

Veamos la circulación atmosférica en el Hemisferio Norte como resultado del Efecto Coriolis (Figura a continuación). El aire se eleva en el ecuador, pero a medida que se mueve hacia el polo en la parte superior de la troposfera, se desvía hacia la derecha. (Recuerde que simplemente parece desviarse hacia la derecha porque el suelo debajo de él se mueve.) A aproximadamente 30 ° N de latitud, el aire del ecuador se encuentra con el aire que fluye hacia el ecuador desde las latitudes más altas. Este aire es frío porque proviene de latitudes más altas. Ambos lotes de aire descienden, creando una zona de alta presión. Una vez en tierra, el aire regresa al ecuador. Esta célula de convección se llama Célula de Hadley y se encuentra entre 0° y 30°N.

Hay dos células de convección más en el Hemisferio Norte. La celda de Ferrell está entre 30 ° N y 50° a 60 ° N. Esta celda comparte su lado sur, descendiendo con la celda de Hadley al sur. Su extremidad ascendente norte se comparte con la célula Polar ubicada entre los 50°N y los 60°N y el Polo Norte, donde desciende el aire frío.

Hay tres células de circulación de imagen especular en el Hemisferio Sur. En ese hemisferio, el Efecto Coriolis hace que los objetos parezcan desviarse hacia la izquierda.

Cinturones de viento globales

Los vientos globales soplan en cinturones que rodean el planeta. Los cinturones de viento globales son enormes y los vientos son relativamente estables (Figura a continuación). Estos vientos son el resultado del movimiento del aire en la parte inferior de las principales células de circulación atmosférica, donde el aire se mueve horizontalmente de alta a baja presión.

Cinturones de viento globales

Veamos los cinturones de viento globales en el Hemisferio Norte.

• En la celda de Hadley el aire debe moverse de norte a sur, pero es desviado a la derecha por Coriolis. Así que el aire sopla de noreste a suroeste. Este cinturón son los vientos alisios, llamados así porque en la época de los veleros eran buenos para el comercio.
• En la célula de Ferrel, el aire debería moverse de sur a norte, pero los vientos en realidad soplan desde el suroeste. Este cinturón son los vientos del oeste o vientos del oeste. ¿Por qué crees que un vuelo a través de los Estados Unidos de San Francisco a la ciudad de Nueva York toma menos tiempo que el viaje inverso?
• En la celda polar, los vientos viajan desde el noreste y se llaman los vientos orientales polares

Los cinturones de viento se llaman así por las direcciones de las que provienen los vientos. Los vientos del oeste, por ejemplo, soplan de oeste a este. Estos nombres también se aplican a los vientos en los cinturones de viento del Hemisferio Sur.

Esta conferencia en video discute el modelo de 3 celdas de la circulación atmosférica y los cinturones de viento globales resultantes y las corrientes de viento de superficie (5a): http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).

Vientos y precipitaciones globales

Además de su efecto en los cinturones de viento globales, las áreas de alta y baja presión creadas por las seis células de circulación atmosférica determinan de manera general la cantidad de precipitación que recibe una región. En las regiones de baja presión, donde el aire está subiendo, la lluvia es común. En áreas de alta presión, el aire que se hunde provoca evaporación y la región suele estar seca. Los efectos climáticos más específicos se describirán en el capítulo sobre el clima.

Frentes Polares y Corrientes de aire

El frente polar es la unión entre las células Ferrell y polares. En esta zona de baja presión, el aire relativamente cálido y húmedo de la Célula Ferrell se encuentra con el aire relativamente frío y seco de la célula polar. El clima donde se encuentran estos dos es extremadamente variable, típico de gran parte de América del Norte y Europa.

La corriente en chorro polar se encuentra en lo alto de la atmósfera donde las dos células se unen. Una corriente en chorro es un río de aire que fluye rápidamente en el límite entre la troposfera y la estratosfera. Las corrientes en chorro se forman donde hay una gran diferencia de temperatura entre dos masas de aire. Esto explica por qué la corriente en chorro polar es la más poderosa del mundo (Figura a continuación).

Las corrientes en chorro se mueven estacionalmente al igual que el ángulo del Sol en el cielo se mueve hacia el norte y el sur. La corriente en chorro polar, conocida como «la corriente en chorro», se mueve hacia el sur en el invierno y hacia el norte en el verano entre aproximadamente 30°N y 50° a 75°N.

Resumen de la lección

• Los vientos soplan de zonas de alta presión a zonas de baja presión. Las zonas de presión se crean cuando el aire cerca del suelo se vuelve más cálido o frío que el aire cercano.
• Los vientos locales se pueden encontrar en un valle de montaña o cerca de una costa.
• Los patrones de viento globales son vientos constantes a largo plazo que prevalecen alrededor de una gran parte del planeta.
• La ubicación de los vientos globales tiene una gran influencia en el tiempo y el clima de una zona.

Preguntas de revisión

1. Dibuje una imagen de una célula de convección en la atmósfera. Etiquete las zonas de baja y alta presión y dónde está el viento.
2. ¿En qué circunstancias los vientos serán muy fuertes?
3. Dado lo que sabes sobre las células de convección a escala global, ¿a dónde viajarías si estuvieras interesado en experimentar una lluvia cálida y abundante?
4. Describa la circulación atmosférica de dos lugares donde es probable que encuentre desiertos, y explique por qué estas regiones son relativamente cálidas y secas.
5. ¿Cómo podrían reducirse en magnitud los monzones de la India? ¿Qué efecto tendría una reducción de estos importantes monzones en esa parte del mundo?
6. ¿Por qué el nombre «come nieve» es una descripción adecuada de los vientos Chinook?
7. ¿Por qué el Efecto Coriolis hace que el aire parezca moverse en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio Norte? ¿Cuándo el efecto Coriolis hace que el aire parezca moverse en sentido contrario a las agujas del reloj?
8. Los marineros una vez se refirieron a una parte del océano como los calmas. Esta es una región donde con frecuencia no hay viento, por lo que los barcos se calman durante días o incluso semanas. ¿Dónde crees que el estancamiento podría ser relativo a las células de circulación atmosférica?
9. Imagine que la corriente en chorro se encuentra más al sur de lo habitual durante el verano. ¿Cómo es el clima en las regiones justo al norte de la corriente en chorro, en comparación con un verano normal?
10. Dé una descripción general de cómo se forman los vientos.

Enlaces complementarios de lectura adicional

• Animaciones de Sistemas de Alta y Baja Presión, Oficina de Meteorología, Gobierno Australiano http://www.bom.gov.au/lam/Students_Teachers/pressure.shtml

Puntos a considerar

• ¿Cómo afectan los vientos locales al clima en un área?
• ¿Cómo afectan los cinturones eólicos globales al clima en una zona?
• ¿Cuáles son los principios principales que controlan cómo circula la atmósfera?