Ciencia atmosférica

La ciencia atmosférica es el estudio de la atmósfera de la Tierra y sus diversos procesos físicos de trabajo interno. La meteorología incluye la química atmosférica y la física atmosférica con un enfoque principal en el pronóstico del tiempo. La climatología es el estudio de los cambios atmosféricos (tanto a largo como a corto plazo) que definen los climas promedio y su cambio a lo largo del tiempo, debido a la variabilidad climática tanto natural como antropogénica. La aeronomía es el estudio de las capas superiores de la atmósfera, donde la disociación y la ionización son importantes. La ciencia atmosférica se ha extendido al campo de la ciencia planetaria y al estudio de las atmósferas de los planetas y satélites naturales del Sistema Solar.

Los instrumentos experimentales utilizados en la ciencia atmosférica incluyen satélites, cohetes sondas, radiosondas, globos meteorológicos, radares y láseres.

El término aerología (del griego ἀήρ, aēr, "aire"; y -λογία, -logia) a veces se usa como un término alternativo para el estudio de la atmósfera de la Tierra; en otras definiciones, la aerología se restringe a la atmósfera libre, la región por encima de la capa límite planetaria.

Los primeros pioneros en el campo incluyen a Léon Teisserenc de Bort y Richard Assmann.

Química atmosférica

Diagrama de composición que muestra la evolución/ciclos de varios elementos en la atmósfera terrestre.

La química atmosférica es una rama de la ciencia atmosférica en la que se estudia la química de la atmósfera terrestre y la de otros planetas. Es un campo de investigación multidisciplinario y se basa en la química ambiental, la física, la meteorología, el modelado por computadora, la oceanografía, la geología y la vulcanología y otras disciplinas. La investigación está cada vez más conectada con otras áreas de estudio como la climatología.

La composición y la química de la atmósfera son importantes por varias razones, pero principalmente por las interacciones entre la atmósfera y los organismos vivos. La composición de la atmósfera terrestre ha sido modificada por la actividad humana y algunos de estos cambios son perjudiciales para la salud humana, los cultivos y los ecosistemas. Los ejemplos de problemas que han sido abordados por la química atmosférica incluyen la lluvia ácida, el smog fotoquímico y el calentamiento global. La química atmosférica busca comprender las causas de estos problemas y, al obtener una comprensión teórica de los mismos, permitir que se prueben posibles soluciones y se evalúen los efectos de los cambios en la política gubernamental.

Dinámica atmosférica

La dinámica atmosférica es el estudio de los sistemas de movimiento de importancia meteorológica, integrando observaciones en múltiples ubicaciones y tiempos y teorías. Los temas comunes estudiados incluyen diversos fenómenos como tormentas eléctricas, tornados, ondas de gravedad, ciclones tropicales, ciclones extratropicales, corrientes en chorro y circulaciones a escala global. El objetivo de los estudios dinámicos es explicar las circulaciones observadas sobre la base de principios fundamentales de la física. Los objetivos de tales estudios incluyen mejorar el pronóstico del tiempo, desarrollar métodos para predecir las fluctuaciones climáticas estacionales e interanuales y comprender las implicaciones de las perturbaciones inducidas por el hombre (p. ej., aumento de las concentraciones de dióxido de carbono o agotamiento de la capa de ozono) en el clima global.

Física atmosférica

La física atmosférica es la aplicación de la física al estudio de la atmósfera. Los físicos atmosféricos intentan modelar la atmósfera de la Tierra y las atmósferas de los otros planetas utilizando ecuaciones de flujo de fluidos, modelos químicos, equilibrio de radiación y procesos de transferencia de energía en la atmósfera y los océanos y la tierra subyacentes. Para modelar sistemas meteorológicos, los físicos atmosféricos emplean elementos de la teoría de dispersión, modelos de propagación de ondas, física de nubes, mecánica estadística y estadística espacial, cada uno de los cuales incorpora altos niveles de matemáticas y física. La física atmosférica tiene estrechos vínculos con la meteorología y la climatología y también cubre el diseño y la construcción de instrumentos para el estudio de la atmósfera y la interpretación de los datos que proporcionan, incluidos los instrumentos de teledetección.

En el Reino Unido, los estudios atmosféricos están respaldados por la Oficina Meteorológica. Las divisiones de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) de EE. UU. supervisan los proyectos de investigación y el modelado meteorológico que involucran la física atmosférica. El Centro Nacional de Astronomía e Ionosfera de EE. UU. también lleva a cabo estudios de la alta atmósfera.

El campo magnético de la Tierra y el viento solar interactúan con la atmósfera, creando la ionosfera, los cinturones de radiación de Van Allen, las corrientes telúricas y la energía radiante.

Climatología

Impactos regionales de episodios cálidos de ENSO (El Niño).

A diferencia de la meteorología, que estudia los sistemas meteorológicos a corto plazo que duran unas pocas semanas, la climatología estudia la frecuencia y las tendencias de esos sistemas. Estudia la periodicidad de los fenómenos meteorológicos a lo largo de años o milenios, así como los cambios en los patrones meteorológicos medios a largo plazo, en relación con las condiciones atmosféricas. Los climatólogos, aquellos que practican la climatología, estudian tanto la naturaleza de los climas (locales, regionales o globales) como los factores naturales o inducidos por el hombre que hacen que los climas cambien. La climatología considera el pasado y puede ayudar a predecir el cambio climático futuro.

Los fenómenos de interés climatológico incluyen la capa límite atmosférica, los patrones de circulación, la transferencia de calor (radiativo, convectivo y latente), las interacciones entre la atmósfera y los océanos y la superficie terrestre (en particular, la vegetación, el uso del suelo y la topografía), y la química y la composición física de la atmósfera. Las disciplinas relacionadas incluyen astrofísica, física atmosférica, química, ecología, geografía física, geología, geofísica, glaciología, hidrología, oceanografía y vulcanología.

Aeronomía

La aeronomía es el estudio científico de la atmósfera superior de la Tierra (las capas atmosféricas por encima de la estratopausa) y las regiones correspondientes de las atmósferas de otros planetas, donde toda la atmósfera puede corresponder a la atmósfera superior de la Tierra o a una parte de ella. Una rama tanto de la química atmosférica como de la física atmosférica, la aeronomía contrasta con la meteorología, que se centra en las capas de la atmósfera debajo de la estratopausa. En las regiones atmosféricas estudiadas por los aerónomos, la disociación química y la ionización son fenómenos importantes.

Atmósferas en otros cuerpos celestes

La atmósfera de la Tierra

Todos los planetas del Sistema Solar tienen atmósferas. Esto se debe a que su gravedad es lo suficientemente fuerte como para mantener las partículas gaseosas cerca de la superficie. Los gigantes gaseosos más grandes son lo suficientemente masivos como para mantener cerca grandes cantidades de los gases ligeros hidrógeno y helio, mientras que los planetas más pequeños pierden estos gases en el espacio. La composición de la atmósfera de la Tierra es diferente a la de los otros planetas porque los diversos procesos de vida que han ocurrido en el planeta han introducido oxígeno molecular libre. Gran parte de la atmósfera de Mercurio ha sido arrastrada por el viento solar. La única luna que ha conservado una atmósfera densa es Titán. Hay una atmósfera delgada en Tritón y un rastro de una atmósfera en la Luna.

Las atmósferas planetarias se ven afectadas por los diversos grados de energía que reciben del Sol o de su interior, lo que lleva a la formación de sistemas climáticos dinámicos como huracanes (en la Tierra), tormentas de polvo en todo el planeta (en Marte), una Tierra anticiclón de tamaño mediano en Júpiter (llamado la Gran Mancha Roja), y agujeros en la atmósfera (en Neptuno). Se ha afirmado que al menos un planeta extrasolar, HD 189733 b, posee un sistema meteorológico de este tipo, similar a la Gran Mancha Roja pero dos veces más grande.

Se ha demostrado que los Júpiter calientes pierden sus atmósferas en el espacio debido a la radiación estelar, al igual que las colas de los cometas. Estos planetas pueden tener grandes diferencias de temperatura entre sus lados diurno y nocturno, lo que produce vientos supersónicos, aunque los lados diurno y nocturno de HD 189733b parecen tener temperaturas muy similares, lo que indica que la atmósfera del planeta redistribuye efectivamente la estrella. s energía alrededor del planeta.