Dinámica atmosférica - IES Gabriela Mistral

DINÁMICA ATMOSFÉRICA
Composición atmosférica
La atmósfera está
compuesta por:
– Aire: Mezcla de diversos
gases.
– Aerosoles: Pequeñas
partículas líquidas y
sólidas dispersas en el
aire.
Composición del aire
Dióxido de carbono
Dióxido de carbono:
• Procede de:
– Emanaciones volcánicas.
– Combustión.
– Respiración de los seres vivos.
• Se retira de la atmósfera
mediante:
– La fotosíntesis.
– El ciclo de las rocas.
• Aumenta la absorción de la radiación infrarroja (Su
desaparición provocaría un descenso de la
temperatura de La Tierra de 21 grados)
Estructura de la atmósfera
Estructura de la atmósfera
La distribución del aire no es uniforme en toda la
atmósfera, la atracción gravitatoria determina que
sea más denso en la zona más próxima a la superficie
terrestre.
La absorción de determinadas radiaciones hace que su
comportamiento varíe en la vertical, distinguiéndose
según sus propiedades:
•
•
•
•
Troposfera
Estratosfera
Mesosfera
Termosfera
Troposfera
Troposfera
• Es la capa más próxima a la superficie, contiene casi
las ¾ partes del aire y casi la humedad total.
• En ella se producen movimientos en la vertical y en la
horizontal (Tropein=girar,revolver en griego)
• En ella se producen los distintos fenómenos
meteorológicos.
• Presenta un gradiente térmico negativo (0,65ºC
/100m) hasta la tropopausa. La Tierra calienta esta
masa de aire hasta una determinada altura, por eso
la tropopausa se encuentra más próxima en los polos
que en el Ecuador.
¿Por qué el cielo es azul?
•
•
•
•
•
El color azul del cielo se debe a la
dispersión Rayleigh.
La luz es una onda electromagnética,
con diferentes longitudes de onda
que se corresponden con los
diferentes colores.
Al atravesar la atmósfera, la longitud
de de onda larga de la luz: la luz roja,
anaranjada y amarilla pasa sin ser
casi afectada.
Parte de la luz de longitudes de onda
más cortas (correspondiente al azul)
es dispersada por las moléculas
gaseosas del aire.
A cualquier parte del cielo que
miremos, estaremos viendo algo de
esa luz dispersada, que es azul, y por
eso el cielo es de ese color.
Estratosfera
Estratosfera
• Se extiende entre la tropopausa y la estratopausa a
una altura aproximada de 50Km.
• Presenta movimientos en la horizontal, pero su
ausencia en la vertical.
• Los movimientos en la horizontal generan vientos de
hasta 250 Km/h y presentan dirección este en verano
y oeste en invierno (relacionado con el
calentamiento diferente de la ozonosfera)
• Los movimientos en la vertical (menos de 1 dm/s)
impiden el acceso de las masas de nimboestratos.
Ozono
Formación del ozono: Como se observa en la reacción (1), los enlaces de la
molécula de oxígeno se pueden romper al absorber la energía de un fotón de
radiación ultravioleta de longitud de onda menor de 240 nm, formando dos
átomos de oxígeno libres. En (2) un átomo de oxígeno libre reacciona con una
molécula de oxígeno formando una de ozono.
Destrucción del ozono: En (3) se observa que las moléculas de ozono absorben
radiaciones ultravioleta de menos de 320 nm, rompiéndose en moléculas de
oxígeno más átomos de oxígeno libres. Los átomos de oxígeno libres
reaccionan con más moléculas de ozono (4) formándose oxígeno molecular.
Estratosfera
Se produce un incremento progresivo de temperatura debido a
la absorción de una parte de la radiación solar que genera el
ozono y desprende calor.
El ozono está continuamente formándose y destruyéndose en la
estratosfera, en una serie de reacciones,
O2 + hn (< 240 nm) ----> O + O
(1)
Formación del ozono
O + O2 -------------------> O3
(2)
O3 + hn (< 320 nm) ----> O + O2
(3)
Destrucción del ozono
O + O3 ------------------> O2 + O2
(4)
Mesosfera
Mesosfera
En la mesosfera la temperatura disminuye a medida que
se aumenta la altura, hasta llegar a unos -80 ºC e
incluso -90 °C, es la zona más fría de la atmósfera.
La baja densidad del aire en la mesosfera determina la
formación de turbulencias. En esta región las naves
espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar los
vientos y el rozamiento con la atmósfera.
Termosfera o ionosfera
Dentro de esta capa, la radiación ultravioleta, pero sobre
todo los rayos gamma y los rayos X provenientes del Sol,
provocan la ionización de átomos y moléculas.
En dicho proceso los gases que la componen elevan su
temperatura
a varios cientos de grados.
Además, en esta capa se desintegran la mayoría de los
meteoritos debido al rozamiento con el aire.
En las regiones polares las partículas cargadas portadas
por el viento solar son atrapadas por el campo
magnético terrestre dando lugar a la formación de
auroras.
Auroras boreales y australes
Aurora boreal-austral
Este fenómeno está de a la llegada de partículas cargadas
proyectadas por el Sol que chocan con el campo magnético
de la Tierra.
Estos partículas electrizadas a alta energía son captadas y
canalizadas por las líneas del campo magnético terrestre
hacia los círculos polares.
Estos electrones y a veces protones excitan o ionizan los
átomos de la alta atmósfera (la ionosfera).
Los átomos excitados, no pueden quedarse en este estado,
electrón que cambia de capa, libera un fotón.
Esta ionización provoca la formación del arco auroral, cuyo
color depende átomos ionizados y de la altitud de donde
las variaciones de tintes que percibimos en el cielo a
altitudes comprendidas entre 80 y 1 000 km.
Exosfera
• Por encima de la termopausa (400-500 Km).
• Su límite está determinado por la igualdad de
densidad de la atmósfera con el espacio
interestelar.
• En esta capa las partículas pueden escapar de
la atracción terrestre.
Magnetosfera
Magnetosfera
Es la región más externa de la atmósfera terrestre, también
conocida con el nombre de exosfera. Se extiende por encima de la
ionosfera, a partir de los 500 km.
En esta región las partículas ionizadas están gobernadas por el
campo magnético terrestre y forman una característica envoltura
modelada por las líneas de fuerza del campo magnético y por la
interacción con el Viento solar.
Por el lado del Sol el encuentro entre las partículas del viento solar
y la envoltura más exterior de la magnetosfera forma una onda de
choque; por el lado opuesto las mismas partículas del viento solar
arrastran la magnetosfera, haciéndola adquirir la forma de una cola
cometaria.
La magnetosfera forma un verdadero escudo protector contra las
partículas cargadas del viento solar, impidiéndolas llegar al suelo.
Electricidad terrestre
Electricidad terrestre
La superficie de la Tierra tiene carga eléctrica negativa.
La carga negativa se consumiría con rapidez si no se
repusiera
de
alguna
forma.
Se ha observado un flujo de electricidad positiva que se
mueve hacia abajo desde la atmósfera hacia la Tierra.
La causa es la carga negativa de la Tierra, que atrae
iones positivos de la atmósfera. Al parecer, la carga
negativa se traslada a la Tierra durante las tormentas y
el flujo descendente de corriente positiva durante el
buen tiempo se contrarresta con un flujo de regreso de
la corriente positiva desde zonas de la Tierra con
tormentas.
Dinámica atmosférica
Movimientos en la vertical en la troposfera
• Convección térmica
– El aire caliente es menos denso.
– El aire frío es más denso.
• Convección por humedad
– El aire húmedo es menos denso.
– El aire seco es más denso.
• Debidos a la presión
– Anticiclón: Alta presión
– Borrasca: Baja presión
Convección térmica
El aire superficial, más
caliente y menos denso
tiende a ascender:
corrientes
térmicas
ascendentes.
El aire superior, más frío y
denso
tiende
a
descender.
Convección por humedad
El vapor de agua que contiene el aire
determina que este sea menos denso, ya que
el agua tiene menor peso molecular (18) que
otros componentes como son las moléculas
de: Nitrógeno(28), Oxígeno (32) o dióxido de
carbono (30).
Curva de saturación
Relaciona el punto de rocío (temperatura) para un valor
de humedad determinado.
Medidas de la humedad del aire
1. Humedad absoluta: Cantidad de vapor de agua en un volumen
determinado (g/m cúbico).
El aire que no puede contener más humedad está saturado,
este valor está en función de la temperatura: el aire caliente
puede contener más vapor de agua.
Punto de rocío: Temperatura de saturación (abscisas) para
una cantidad concreta de humedad (ordenadas).
2. Humedad relativa: Cantidad en % de vapor de agua que hay en
1 metro cúbico de agua.
Formación de las nubes
Para
que
se
formen las nubes
se necesita:
– Humedad relativa
del 100 %.
– Núcleos
de
condensación
Movimientos verticales debidos a la
presión atmosférica
Isobaras: Son las líneas que
unen puntos con la misma
presión.
Delimitarán:
– Anticiclón (A) Zona de
altas presiones.
– Borrasca (B) Zona de
bajas presiones.
Borrasca
• Los valores de las isobaras
aumentan
desde
el
centro.
• Al ascender una masa de
aire cálido y/o húmedo,
genera un vacio en
superficie (baja presión)
• El aire frío de los
alrededores se mueve
hacia allí (viento desde el
exterior hacia el interior).
Anticiclón
• Los valores de las
isobaras
disminuyen
desde el centro.
• El aire frío y denso
desciende,
haciendo
que se acumule mucho
aire en la zona de
contacto, (alta presión).
• El viento sale desde el
centro hacia el exterior.
Gradientes verticales
Diferencia de temperatura entre dos puntos
situados a una diferencia de altitud de 100 m.
Entre ellos encontramos:
– Gradiente vertical de temperatura (GVT)
– Gradiente adiabático seco (GAS)
– Gradiente adiabático saturado o húmedo (GAH)
Gradiente vertical de temperatura
• Variación vertical en la
temperatura del aire en
condiciones estáticas.
Suele
ser
de
0,65ºC/100m
• Varía con la latitud,
estación…
Inversión térmica
Espacio en que el GVT
es negativo: Aumenta
con la altura.
Se pueden producir en
invierno, cuando el
suelo enfría el aire
próximo.
Impiden la circulación
del aire y la dispersión
de los contaminantes.
Gradiente adiabático seco (GAS)
• Gradiente dinámico, afecta a
una masa de aire que
asciende por estar en
desequilibrio
(diferente
temperatura o humedad) que
el aire circundante.
• No intercambia calor con el
entorno (adiabático).
• Es de 1ºC/100m, para el
exterior es el GVT.
Condiciones del gas al ascender
Al ascender disminuye la presión atmosférica.
Al disminuir la presión el gas se expande,
aumentando su volumen.
Al expandirse disminuye su temperatura, porque
el número de choques entre moléculas
disminuye.
Al descender el aire se comprime y aumenta su
temperatura, liberándose calor.
Gradiente adiabático saturado (GAH)
En la masa de aire que
asciende, al alcanzar el
punto de rocío, el vapor
de agua se condensa y
libera calor en este
proceso, por lo que el
gradiente a partir de
ahora será menor.
Será más bajo cuanto
mayor
humedad
contenga, aproximándose
al GAS progresivamente.
Condiciones de inestabilidad
atmosférica
GVT > GAS
Darán lugar a una borrasca.
Se producen cuando una masa
de aire asciende según el GAS
dentro de una masa estática
que varía según el GVT.
GVT a la izquierda del GAS
Generará precipitaciones si el
aire
contiene
suficiente
humedad.
Estabilidad atmosférica
Condiciones de estabilidad o
subsidencia
0 < GVT < 1
• No
se
generan
movimientos verticales,
ya que el aire ascendente
se enfría más rápido que
el aire circundante.
• GVT a la derecha del GAS
GVT < 0
• Inversión térmica, se
forman nubes a ras de
suelo: niebla.
• Genera
contaminación
por
subsidencia
(aplastamiento contra el
suelo)
Estabilidad atmosférica
Subsidencia
0 < GVT < GAS
Inversión térmica
GVT > 0
Circulación general de las masas
fluidas
• Se generan por la diferencia de energía recibida entre el
Ecuador y los polos.
• El aire caliente es menos denso, por lo que asciende, de modo
que el aire frío más denso se dirige hacía esas zonas.
• Las corrientes oceánicas transportan el calor de forma más
eficaz debido a su elevado calor específico. Pueden ser:
– Superficiales: Condicionadas por el movimiento de los
vientos.
– Profundas: Debidas a la diferencia de densidad, que será
mayor cuanto más frías y/o saladas sean: corrientes
termohalinas.
Dinámica global de las masas fluidas
Relación borrasca-anticiclón
El viento superficial se desplaza desde los anticiclones hacia
las borrascas.
En altura el viento se desplaza desde las borrascas hacia los
anticiclones.
Este movimiento no es rectilíneo porque:
– El relieve cambia la trayectoria y puede: frenarlo,
amplificarlo o formar torbellinos.
– El efecto Coriolis.
Fuerza de Coriolis
• Es consecuencia del giro de W a E de la Tierra.
• Es máxima en el ecuador y disminuye progresivamente hasta los
polos.
• La circunferencia terrestre es máxima en el ecuador y mínima en
los polos, pero todas realizan un giro completo cada 24 horas.
Por tanto la velocidad será mayor en el Ecuador(1.670 Km/h) y
progresivamente menor hasta los polos.
Efecto de Coriolis en el hemisferio
norte
Del ecuador hacia el polo:
Al avanzar en latitud se encuentra con un suelo
que avanza más despacio: se desvía hacia la
derecha.
Del polo hacia el ecuador:
Al descender en latitud, el suelo gira más rápido
por lo que se desviará hacia la izquierda.
Efecto Coriolis
Circulación general atmosférica
Circulación general atmosférica
• En las zonas ecuatoriales el aire caliente tenderá a ascender:
Borrascas ecuatoriales.
• En las zonas polares el aire frío tiende a descender:
Anticiclones polares.
• El aire se desplazará:
– en altura desde el ecuador hacia los polos.
– En superficie desde los polos hacia el ecuador.
• La fuerza de Coriolis provoca la desviación del aire (derecha
en el norte e izquierda en el sur) Generando tres células
convectivas:
– De Hadley
– De Ferrel
– Polar
Célula de Hadley
• Se generan las borrascas ecuatoriales por elevación del aire
cálido hasta la tropopausa.
• El aire, en altura se dirige hacia ambos polos.
• El aire se desvía por el efecto de Coriolis.
• En los 30º de latitud (N y S)la célula se fragmenta:
– hacia los polos (minoritaria)
– hacia el ecuador, creando la zona de anticiclones
subtropicales, que genera los mayores desiertos de la
Tierra.
• Se cierra gracias a los Alisios, vientos que soplan del NE en le
hemisferio norte y del SE en el hemisferio sur, desde esta zona
de anticiclones hacia el sur, creando la ZCIT: zona de
convergencia intertropical.
Célula de Ferrel
• Situada entre las otras dos.
• Formada por vientos superficiales westeriales
que:
– soplan desde el SO en el hemisferio norte.
– del NO en el sur
• soplan desde los anticiclones desérticos hacia
las borrascas polares.
Célula polar
1. Viento de superficie que parte de los
anticiclones polares: levante polar:
– Del NE en el hemisferio norte.
– Del SE en el hemisferio sur.
2. Alcanzarán los 60º de latitud, donde se
elevan, formando las borrascas subpolares.
Que descienden hasta los 30 ó 40 º de
latitud.
Dinámica atmosférica
Todos los cinturones de borrascas y
anticiclones y la zona ZCIT se desplazan a lo
largo del año.
Durante el verano del hemisferio norte, todos
se desplazan hacia el Polo Norte. Y en el
invierno del hemisferio norte se desplazan
hacia el sur.
Cinturones de borrascas y anticiclones
Dinámica hidrosférica
• La hidrosfera actúa como regulador térmico
debido a su alto poder calorífico.
• Es muy abundante: ocupa las ¾ partes del
planeta.
• En ella se generan corrientes que transmiten
la energía calorífica, son de dos tipos:
– Superficiales: condicionadas por los vientos.
– Profundas: condicionadas por la temperatura y la
salinidad.
Brisas marinas
Clima continental
• Las zonas continentales de latitudes medias y
altas presenta gran amplitud térmica entre
día/noche y verano/invierno.
• En invierno el aire situado sobre el suelo se
enfría y se aplasta contra el suelo: anticiclón
continental permanente que impide la
entrada de aire húmedo. Induce la formación
de nieblas y heladas.
Corrientes oceánicas superficiales
Corrientes oceánicas superficiales
• Condicionadas por los anticiclones, por tanto giran:
– En sentido horario en el Hemisferio Norte
– En sentido antihorario en el Hemisferio Sur.
• Vientos Alisios: De EW, arrastran la humedad con ellos
generando aridez en el margen este.
• Deriva del W: Al llegar a la costa W retornan a su origen.
• En las costas orientales generan:
– Corriente del Golfo: Hacia altas latitudes, llevan calor y suavizan las
temperaturas.
– Corriente de Canarias: Hacia zonas tropicales y ecuatoriales,
refrescando.
Corrientes superficiales
• Contracorriente ecuatorial:
– De WE.
– Entre los giros anticiclones de los dos hemisferios.
• Corrientes frías del Polo Norte: Paralelas a la
costa norte:
– Corriente del Labrador: Hasta Terranova.
– Kamchantka: En el estrecho de Bering.
– Groenlandia: Desde el océano glaciar Ártico.
• Corriente circumpolar antártica: Hasta los 60º
y en sentido antihorario.
La cinta transportadora oceánica
Corrientes profundas
• Las aguas superficiales más frías tienden a
hundirse, mientras afloran las aguas más cálidas.
• El agua se hundirá hasta el fondo si:
– Enfriamiento.
– Mucha salinidad por:
• Más evaporación que precipitación.
• Formación de hielos (no contienen sal)
• Evita el hundimiento la disminución de la
salinidad por:
• Desembocadura de un río.
• Al derretirse un iceberg.
ENSO neutral
Los Alisios empujan hacia el
W el agua superficial del
Pacífico sur creando un
vacio que genera una
corriente ascendente que
arrastra nutrientes del
fondo oceánico.
Los Alisios parten de un
anticiclón sobre la isla de
Pascua hacia una borrasca
en la costa Pacífica de Asia
(genera tifones y lluvias).
El Niño
Si los alisios amainan no se
produce el arrastre por lo que
el océano se caldea y persiste
la termoclina que impide que
las aguas afloren, decayendo
la riqueza pesquera.
Se produce una borrasca sobre la
costa de Perú y un anticiclón
con sequias en Indonesia,
Australia y Filipinas.
No se conoce su origen, puede
deberse a procesos volcánicos
La niña
• Se produce si los Alisios
soplan
con
más
intensidad.
• Suele suceder cada 3 ó
5 años y durante 1 a 3
años.
El Niño yLa niña
•
Tanto el Niño como la Niña rigen la distribución
e intensidad de las lluvias tropicales y causan
cambios en los patrones climáticos de todo el
mundo.
• El Niño: Se reducen los huracanes del Atlántico
Norte tropical y aumentan en el Pacífico tropical
norte.
• La Niña: Origina lluvias torrenciales, un aumento
de los tifones en Indonesia y Australia y un
incremento de la frecuencia e intensidad de
ciclones tropicales en el Atlántico.