Estructura de la Atmósfera

La atmósfera se divide tradicionalmente en dos zonas. La zona situada a una altura superior a 30 km, denominada atmósfera exterior o ionosfera (también llamada termosfera), es la parte de la atmósfera terrestre ionizada permanentemente debido a la fotoionización que provoca la radiación solar. Tiene escaso efecto sobre los fenómenos hidrológicos. La atmósfera inferior está constituida por capas.

Capas de la Atmósfera Inferior

• Troposfera: Parte inferior de la atmósfera situada por debajo de la tropopausa. En ella ocurren la mayoría de los fenómenos hidrológicos, ya que concentra la mayor parte del agua (75%), así como la totalidad de la humedad y de las partículas de polvo. Tiene un espesor medio de 12 km (16 km en el ecuador y 8 km en los polos). La temperatura decrece con la altura con un fuerte gradiente del orden de 6,5 ºC/km. Dentro de la troposfera, los tres primeros kilómetros están afectados por la rugosidad de la corteza terrestre y la viscosidad del aire. A esta zona se le denomina Capa Límite Planetaria, y los fenómenos que en ella ocurren son estudiados por la micrometeorología.

  En ocasiones, esta capa límite se subdivide en tres: una capa laminar molecular en contacto con el suelo de apenas unos milímetros de espesor, dominada por los efectos de la viscosidad; otra turbulenta de varias decenas de metros, dominada por la turbulencia del aire; y otra a un nivel superior donde se manifiesta la fuerza de Coriolis.

• Estratosfera: Zona comprendida entre los 12 y 30 km, caracterizada por una estratificación muy estable, con temperaturas constantes y escaso movimiento vertical, así como una uniformidad de la presión. En esta capa se acumula la mayor parte del ozono del aire, que detiene las radiaciones ultravioletas nocivas para el hombre.
• Mesosfera: Zona comprendida entre los 30 km y los 70/80 km. Es una capa caliente debido a la absorción de radiaciones ultravioletas. Hasta esta altitud se cumplen las leyes de los gases perfectos y su composición química es uniforme. Se denomina homosfera a la zona compuesta por la mesosfera, la estratosfera y la troposfera.
• Ionosfera (termosfera): Por encima de los 70/80 km, la atmósfera está ionizada por la presencia de electrones libres. A partir de esta capa, la atmósfera se va enrareciendo en la zona que se denomina exosfera para terminar en el espacio libre exterior. En esta zona pierde uniformidad en su composición química, no cumpliéndose las leyes generales de la hidrostática, y no se identifican por sus características físicas sino por su composición.

Tiempo Atmosférico, Meteorología y Clima

Se puede definir el tiempo atmosférico como cualquier estado de la atmósfera.

Se define la meteorología como la ciencia que trata los movimientos y fenómenos de la atmósfera, especialmente con vistas a la predicción del tiempo.

Se puede definir el clima como el conjunto de características hidrometeorológicas de una región. Como la atmósfera está siempre en movimiento, el clima viene influido dominantemente por dichos movimientos.

Variables de la Circulación General Atmosférica e Hidrología

Si la Tierra estuviera fija y no girara, la circulación que se establecería sería puramente térmica. Al elevarse el aire en el ecuador y tender a desplazarse, se genera una corriente en la superficie de los polos hacia el ecuador y un flujo inverso en altura. Esta circulación puramente térmica se ve afectada por distintos efectos, como son:

1. La rotación de la Tierra: Actúa como una fuerza denominada fuerza de Coriolis, siendo esta una reacción inercial. Esta fuerza desvía las trayectorias hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. La Tierra gira en el ecuador a 1670 km/h, mientras que en un punto situado a 60º de latitud se mueve a la mitad de velocidad. La fuerza de Coriolis es necesaria para compensar estos cambios de velocidad en la Tierra.
2. La inclinación de la Tierra sobre su órbita: Esta inclinación genera las estaciones y crea un desequilibrio entre los hemisferios.
3. La distinta distribución de tierras y mares: Debido fundamentalmente al distinto comportamiento térmico de ambas masas y también por su comportamiento friccional. Durante el invierno existe la tendencia de acumulación de aire denso y frío sobre masas de tierra y de aire caliente sobre los océanos. En el verano la situación se invierte.

Definición de Precipitación

Se denomina precipitación al agua que proviene de la humedad atmosférica y cae en la superficie terrestre, principalmente en estado líquido (lluvia) o en estado sólido (nieve o granizo). La importancia de la precipitación radica en que, dependiendo de su cantidad y forma, determina en gran parte su posible aprovechamiento posterior.

En el concepto de precipitación se incluye todo tipo de agua que cae o se deposita en la superficie terrestre, ya sea en forma líquida o sólida.

La precipitación constituye, pues, un fenómeno físico que describe una transferencia de agua en su fase líquida (lluvia) o sólida (nieve o granizo), entre la atmósfera y el suelo.

Concepto de Evaporación

Como concepto de evaporación, se puede definir como un proceso por el cual el agua en estado líquido o sólido se convierte en vapor, y como expresión matemática puede venir dada como:

E = dm/dt

La evaporación E es la masa dm por unidad de área que pasa del estado líquido a vapor en el intervalo de tiempo dt.

El fenómeno de la evaporación es distinto del proceso de paso de vapor de agua contenida en los seres vivos, denominado transpiración.

Es un fenómeno de gran importancia en el ciclo hidrológico, es continuo, sin pausa e incontrolable como el clima.

La evaporación total de la cuenca hidrológica se puede medir a partir de mediciones de otras variables independientes de ella, la precipitación y el caudal, por lo que se puede a veces cuantificar a partir de otras.

Proceso de la Evaporación

La evaporación es un proceso físico por el cual determinadas moléculas de agua cercanas a la superficie aumentan su energía cinética por distintos factores como son la radiación, un aumento de la temperatura, el viento, diferencias de humedad, etc.

Este aumento de energía cinética hace que estas moléculas escapen a la atmósfera. Cuanto más sea la radiación, temperatura, etc., mayor número de moléculas se escaparán a la atmósfera. También otras moléculas de agua existentes en la atmósfera pueden perder energía y, estando próximas a la superficie libre de agua, pueden incorporarse a ella.

El saldo neto de ambas cantidades nos dará en cualquier momento la tasa neta de evaporación a la atmósfera en el caso de que este saldo sea positivo. En el caso de que sea negativo, es decir, que un mayor número de moléculas se incorporen al agua en vez de salir de ella, se le denominará condensación.