Efecto Invernadero y Gases Importantes

El efecto invernadero es el incremento de la temperatura de la superficie terrestre debido a que la atmósfera se calienta y emite radiación. Por este efecto, la temperatura media de la superficie de la Tierra es 33ºC mayor a la que le correspondería según su balance energético en ausencia de atmósfera. Es, por lo tanto, un fenómeno beneficioso que hace nuestro planeta habitable. Los gases causantes de este fenómeno son principalmente CO₂, CH₄, O₃ y vapor de agua.

Brisa Marina Diurna

La tierra se calienta, produciendo acumulación de aire en niveles altos. Se genera una región de «alta presión» en altura sobre el continente. Se produce un desplazamiento hacia el océano en niveles altos. El descenso de esta masa de aire en el interior del mar genera una nueva acumulación de masa, a nivel de superficie sobre el agua. Esa acumulación genera una nueva «alta», de manera que aparece un flujo hacia la costa. En regiones costeras, en ausencia de efectos a mayor escala, durante el día la brisa en superficie se dirige de mar a costa.

Estructura Vertical de un Frente Frío

Se produce cuando una masa de aire frío empuja a una masa de aire cálido. El aire cálido se ve forzado a ascender por la superficie frontal de forma relativamente rápida. En el ascenso se forma nubosidad a ambos lados del frente en superficie. Si el aire cálido es condicionalmente estable, las nubes pueden tener gran desarrollo vertical. Si el aire cálido es estable, se forman nubes estratiformes. En el frente frío, la nubosidad se forma a ambos lados de dicha línea frontal.

Gradiente Adiabático Húmedo (GAH) y Gradiente Adiabático Seco (GAS)

La temperatura desciende a medida que se asciende (si no hay condensación, según el GAS, a razón de -9.8 ºC/km). Eventualmente, la temperatura desciende tanto que se alcanza el punto de saturación; el aire no puede contener tanto vapor de agua y comienzan a formarse gotas de agua líquida. El paso de vapor a agua líquida se efectúa liberando energía al aire de la burbuja. Al liberarse energía en forma de calor latente, la temperatura desciende a un ritmo menor de 9.8 ºC/km. El valor concreto depende de las condiciones de presión y temperatura.

Modelo de las Tres Células de los Vientos

• Célula de Hadley: Es un patrón de circulación que domina la atmósfera tropical, con movimientos de ascenso cerca del ecuador y descenso en latitudes medias (entre 30º de latitud Norte y Sur).
• Célula de Ferrel: Las masas de aire descienden a unos 30º e inician movimientos hacia el polo. Al llegar a los 60º y encontrarse en superficie con los vientos procedentes de latitudes polares, se ven obligadas a ascender. Una vez llegan a la tropopausa, se dirigen de nuevo hacia el ecuador y sobre los 30º de latitud inician de nuevo el descenso.
• Célula Polar: Las masas de aire que se dirigen desde el polo hacia latitudes inferiores adquieren suficiente energía (en forma de calor) a unos 60º de latitud como para ascender. Al llegar a la troposfera, se dirigen hacia el polo de nuevo donde, tras enfriarse, volverán a descender iniciando de nuevo el ciclo.

Vientos Alisios

El movimiento de rotación de la Tierra hace que estos vientos, generados en dirección N-S y viceversa, cambien de dirección. Así, los vientos alisios que se dirigen del Norte al Ecuador cambian, por el efecto de rotación de la Tierra, a ser vientos del Nordeste. Este es el efecto conocido como Fuerza de Coriolis, que hace girar los fenómenos meteorológicos a derechas en el hemisferio Norte y a izquierdas en el hemisferio Sur.

Niebla Radiactiva

Se produce por el enfriamiento del aire húmedo en contacto con la superficie durante la noche. Si se alcanza la temperatura de punto de rocío, se formará niebla. Se da en noches despejadas con viento débil y suele desaparecer tras la salida del sol.

¿Por qué Disminuye la Temperatura en la Troposfera al Ascender?

La troposfera es la capa más cercana al suelo. La temperatura disminuye con la altura a un promedio de 6.5 ºC por kilómetro. Esto ocurre porque la presión del aire disminuye con la altura. A medida que ascendemos, la cantidad de aire que hay sobre nosotros disminuye, por lo que la presión del aire también disminuye. La temperatura y la presión del aire están relacionadas entre sí por la ley de los gases ideales (PV=nRT).

Temperatura en la Superficie sin Efecto Invernadero

Sin efecto invernadero, la temperatura media de la superficie de la Tierra sería mucho más baja (-18 ºC). Esto se debe a que la atmósfera no retendría la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre. Esta radiación infrarroja es la que calienta la superficie terrestre durante el día y la mantiene caliente durante la noche.

Formación de Nubes Frías: Proceso Bergeron-Findeisen

El proceso Bergeron-Findeisen se basa en que, a temperaturas menores de 0 ºC, es posible encontrar simultáneamente en una nube gotas de agua líquida (agua subenfriada) y cristales de hielo. La presión de vapor sobre el hielo es ligeramente más baja que sobre el agua líquida. Cuando las gotas de agua están en equilibrio con el entorno, el cristal de hielo está sobresaturado. El cristal de hielo crece por condensación de vapor. Se necesitan temperaturas inferiores a 0 ºC en la nube.

Colisión-Coalescencia en Nubes Cálidas

En una nube cálida, cuando un cuerpo cae en un fluido, actúan dos fuerzas opuestas: el rozamiento viscoso y el peso. Cuando ambas fuerzas se igualan, la velocidad de caída permanece constante y es lo que llamamos «velocidad terminal». En una población de gotas de nube, las mayores caen más rápido y pueden chocar con las menores (colisión). Si en el proceso las gotas se unen, forman una mayor (coalescencia). Este mecanismo solo requiere una población de gotas de nube de distinto tamaño.

Absorción del CO₂ en la Atmósfera

La absorción del CO₂ es un proceso natural que puede ocurrir por dos mecanismos principales:

• Fotosíntesis: Proceso que realizan las plantas y otros organismos fotosintéticos para convertir la energía de la luz solar en energía química. El CO₂ se combina con agua para formar glucosa y oxígeno.
• Disolución: El CO₂ se disuelve en el agua.

Efecto invernadero: El CO₂ es uno de los gases de efecto invernadero que absorben radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre. Esta radiación infrarroja se convierte en calor, que vuelve a calentar la superficie terrestre.

Isla Térmica Urbana

En ocasiones, determinadas superficies presentan una gran capacidad de absorber energía (colores oscuros, superficies no horizontales muy expuestas a la radiación solar). Si la superficie es bastante grande, puede establecerse una circulación de aire en respuesta a las inhomogeneidades de temperatura. La ciudad posee superficies muy absorbentes (asfalto, cemento); además, estos materiales retienen calor. Durante el día, la ciudad se calienta más que su entorno. Durante la noche, la ciudad permanece más caliente que su entorno; las diferencias de temperatura ciudad-campo son muy acusadas durante la noche. Las diferencias térmicas originan diferencias de presión suficientes para establecer una circulación de mesoescala.

Proceso Bergeron-Findeisen (Repetición)

Este proceso se da en nubes frías (T < 0 ºC).

Viento de Fricción

Como la fuerza de Coriolis es proporcional a la velocidad del viento, esta fuerza va aumentando desde el suelo hasta el final de la capa límite. Por la acción combinada de la fuerza de fricción y de la fuerza de Coriolis, la dirección del viento va rotando según la altitud. Bajo el efecto de la fricción, el flujo resultante sigue una espiral alrededor y hacia el centro de la baja presión, y hacia fuera del sistema de alta presión. De esta manera:

• Centro de baja presión (B): El aire converge en superficie desde las regiones de alrededor y, como no puede acumularse en el centro, se produce ascendencia de aire en altura, con la consiguiente probabilidad de condensación y precipitaciones.
• Centros de alta presión (A): La espiral de flujo es hacia fuera, lo que hace que en el centro se succione y haya divergencia de aire procedente de las capas altas. Este aire que desciende generalmente es seco y da lugar a cielos sin nubosidad.

Masa de Aire con Razón de Mezcla w = 10 g/kg

La razón de mezcla (w) se conserva en cualquier movimiento de una masa de aire, siempre que no haya fenómenos de condensación en su seno o mezcla con aire externo. Por tanto, como sigue un gradiente adiabático seco (GAS), la razón de mezcla se mantiene constante.

Ciclón Extratropical según el Modelo Noruego

1. Frente estacionario: Se establece el equilibrio entre la masa fría (aire polar) y la cálida (aire subtropical). En altura, el aire caliente invade al frío como ocurre en los frentes cálidos, dándose una superficie frontal muy inestable. Esto provoca largos periodos de nubosidad y precipitaciones suaves.
2. Ciclogénesis: Se empiezan a formar frentes poco definidos debido a una perturbación en el frente estacionario, que se descompone en:
   • Frente frío (zona occidental, el aire polar empuja al subtropical).
   • Frente cálido (zona oriental, el aire subtropical empuja al polar).
   La perturbación siempre aparece asociada a un giro ciclónico en niveles bajos y se relaciona con una baja presión en superficie.
3. Ciclón maduro: Se forman los frentes bien definidos. El descenso de aire frío (denso) y el ascenso forzado del cálido (menos denso) convierte la energía potencial en cinética, siendo esta la fuente de la que se alimenta el ciclón extratropical. Cuando éste está maduro, presenta dos frentes bien diferenciados con su nubosidad y precipitación asociadas.
4. Oclusión: El aire frío, que se desplaza a más velocidad, alcanza al frente cálido, el cual se ve forzado a elevarse mientras el frío queda en las capas bajas. De esta forma, la fuente de energía del ciclón va desapareciendo y el sistema se disipa. Así se generan las borrascas ondulatorias. La oclusión puede ser fría.

Radiación que Recibe la Tierra del Sol

El Sol emite en todas las longitudes de onda, de las cuales la Tierra recibe:

• Espectro infrarrojo (46%): Induce movimientos de vibración y rotación en las moléculas, produciendo calentamiento. El cuerpo humano emite en este rango.
• Espectro visible (47%): Es la luz visible. Interviene en la fotosíntesis y la visión humana. La mayor parte de la radiación solar se da en este rango.
• Espectro ultravioleta (7%): Es absorbido en la atmósfera, especialmente en la capa de ozono.

La Tierra emite prácticamente toda su energía radiante en la región infrarroja (térmica). A escala global, la energía por unidad de tiempo que llega a la Tierra en forma de radiación solar es igual a la que emite el planeta. Esto se debe a que la Tierra, para mantenerse térmicamente estable a lo largo del tiempo, debe ser capaz de evacuar, en término medio, toda la energía recibida en forma de radiación.