Meteorología

Meteorología es una rama de las ciencias atmosféricas (que incluye la química atmosférica y la física atmosférica), con un enfoque principal en el pronóstico del tiempo. El estudio de la meteorología se remonta a milenios, aunque el progreso significativo en la meteorología no comenzó hasta el siglo XVIII. El siglo XIX vio un progreso modesto en el campo después de que se formaron redes de observación meteorológica en amplias regiones. Los intentos anteriores de predicción del clima dependían de datos históricos. No fue sino hasta después de la elucidación de las leyes de la física y, más en particular, el desarrollo de la computadora, que permitió la solución automatizada de muchas ecuaciones que modelan el clima, en la segunda mitad del siglo XX, cuando se produjeron avances significativos en el clima. se lograron las previsiones.

Los fenómenos meteorológicos son eventos meteorológicos observables que son explicados por la ciencia de la meteorología. Los fenómenos meteorológicos se describen y cuantifican mediante las variables de la atmósfera terrestre: temperatura, presión del aire, vapor de agua, flujo másico y las variaciones e interacciones de estas variables, y cómo cambian con el tiempo. Se utilizan diferentes escalas espaciales para describir y predecir el clima a nivel local, regional y global.

La meteorología, la climatología, la física atmosférica y la química atmosférica son subdisciplinas de las ciencias atmosféricas. La meteorología y la hidrología componen el campo interdisciplinario de la hidrometeorología. Las interacciones entre la atmósfera de la Tierra y sus océanos son parte de un sistema acoplado océano-atmósfera. La meteorología tiene aplicaciones en muchos campos diversos, como el militar, la producción de energía, el transporte, la agricultura y la construcción.

La palabra meteorología proviene del griego antiguo μετέωρος metéōros (meteorito) y -λογία -logia (-(o)logía), que significa "el estudio de las cosas en el aire".

Historia

Evidentemente, los seres humanos utilizaron la capacidad de predecir lluvias e inundaciones en función de los ciclos anuales al menos desde la época de los asentamientos agrícolas, si no antes. Los primeros enfoques para predecir el clima se basaban en la astrología y los practicaban los sacerdotes. Las inscripciones cuneiformes en las tablillas babilónicas incluían asociaciones entre el trueno y la lluvia. Los caldeos diferenciaron los halos de 22° y 46°.

Los antiguos Upanishads indios contienen menciones de nubes y estaciones. El Samaveda menciona sacrificios que se deben realizar cuando se notan ciertos fenómenos. La obra clásica de Varāhamihira, Brihatsamhita, escrita alrededor del año 500 d. C., proporciona evidencia de la observación del clima.

En el 350 a. C., Aristóteles escribió Meteorología. Aristóteles es considerado el fundador de la meteorología. Uno de los logros más impresionantes descritos en Meteorología es la descripción de lo que ahora se conoce como el ciclo hidrológico.

El libro De Mundo (compuesto antes del 250 a. C. o entre el 350 y el 200 a. C.) señaló:Si el cuerpo resplandeciente se prende fuego y se precipita violentamente hacia la Tierra, se le llama rayo; si es sólo la mitad del fuego, pero también violento y masivo, se llama meteoro; si está completamente libre de fuego, se llama rayo humeante. Todos ellos son llamados 'rayos en picado' porque caen en picado sobre la Tierra. Los relámpagos a veces son humeantes y se los llama "relámpagos humeantes"; a veces se precipitan rápidamente y luego se dice que son vívidos. En otras ocasiones, viajan en líneas torcidas y se les llama relámpagos bifurcados. objeto se llama 'relámpago en picada'.

El científico griego Teofrasto compiló un libro sobre el pronóstico del tiempo, llamado Libro de los signos. El trabajo de Theophrastus siguió siendo una influencia dominante en el estudio del clima y en el pronóstico del tiempo durante casi 2000 años. En el año 25 dC, Pomponius Mela, un geógrafo del Imperio Romano, formalizó el sistema de zonas climáticas. Según Toufic Fahd, alrededor del siglo IX, Al-Dinawari escribió el Kitab al-Nabat (Libro de las Plantas), en el que trata sobre la aplicación de la meteorología a la agricultura durante la Revolución Agrícola Árabe. Describe el carácter meteorológico del cielo, los planetas y las constelaciones, el sol y la luna, las fases lunares que indican las estaciones y la lluvia, el anwa(cuerpos celestiales de lluvia), y fenómenos atmosféricos como vientos, truenos, relámpagos, nieve, inundaciones, valles, ríos, lagos.

Los primeros intentos de predecir el clima a menudo estaban relacionados con la profecía y la adivinación, y en ocasiones se basaban en ideas astrológicas. El almirante FitzRoy trató de separar los enfoques científicos de los proféticos.

Investigación de fenómenos atmosféricos visuales

Ptolomeo escribió sobre la refracción atmosférica de la luz en el contexto de las observaciones astronómicas. En 1021, Alhazen demostró que la refracción atmosférica también es responsable del crepúsculo; estimó que el crepúsculo comienza cuando el sol está a 19 grados por debajo del horizonte, y también usó una determinación geométrica basada en esto para estimar la altura máxima posible de la atmósfera terrestre en 52.000 passim (alrededor de 49 millas o 79 km).

San Alberto Magno fue el primero en proponer que cada gota de lluvia que caía tenía la forma de una pequeña esfera, y que esta forma significaba que el arco iris se producía por la interacción de la luz con cada gota de lluvia. Roger Bacon fue el primero en calcular el tamaño angular del arcoíris. Afirmó que una cumbre de arco iris no puede aparecer a más de 42 grados sobre el horizonte. A finales del siglo XIII y principios del siglo XIV, Kamāl al-Dīn al-Fārisī y Theodoric of Freiberg fueron los primeros en dar las explicaciones correctas para el fenómeno del arcoíris primario. Theoderic fue más allá y también explicó el arcoíris secundario. En 1716, Edmund Halley sugirió que las auroras son causadas por "efluvios magnéticos" que se mueven a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra.

Instrumentos y escalas de clasificación

En 1441, el hijo del rey Sejong, el príncipe Munjong de Corea, inventó el primer pluviómetro estandarizado. Estos se enviaron a lo largo de la dinastía Joseon de Corea como una herramienta oficial para evaluar los impuestos sobre la tierra en función de la cosecha potencial de un agricultor. En 1450, Leone Battista Alberti desarrolló un anemómetro de placa oscilante y fue conocido como el primer anemómetro. En 1607, Galileo Galilei construyó un termoscopio. En 1611, Johannes Kepler escribió el primer tratado científico sobre cristales de nieve: "Strena Seu de Nive Sexangula (Un regalo de año nuevo de nieve hexagonal)". En 1643, Evangelista Torricelli inventó el barómetro de mercurio.En 1662, Sir Christopher Wren inventó el pluviómetro de balde basculante mecánico, de vaciado automático. En 1714, Gabriel Fahrenheit creó una escala confiable para medir la temperatura con un termómetro de mercurio. En 1742, Anders Celsius, un astrónomo sueco, propuso la escala de temperatura "centígrada", la predecesora de la actual escala Celsius. En 1783, Horace-Bénédict de Saussure demostró el primer higrómetro de cabello. En 1802-1803, Luke Howard escribió Sobre la modificación de las nubes, en el que asigna nombres en latín a los tipos de nubes. En 1806, Francis Beaufort introdujo su sistema para clasificar la velocidad del viento. Cerca del final del siglo XIX se publicaron los primeros atlas de nubes, incluido el Atlas Internacional de Nubes., que se ha mantenido impreso desde entonces. El lanzamiento en abril de 1960 del primer satélite meteorológico exitoso, TIROS-1, marcó el comienzo de la era en la que la información meteorológica estuvo disponible a nivel mundial.

Investigación de la composición atmosférica

En 1648, Blaise Pascal redescubrió que la presión atmosférica disminuye con la altura y dedujo que existe un vacío sobre la atmósfera. En 1738, Daniel Bernoulli publicó Hidrodinámica, iniciando la teoría cinética de los gases y estableciendo las leyes básicas para la teoría de los gases. En 1761, Joseph Black descubrió que el hielo absorbe calor sin cambiar su temperatura al derretirse. En 1772, el alumno de Black, Daniel Rutherford, descubrió el nitrógeno, al que llamó aire flogistizado, y juntos desarrollaron la teoría del flogisto. En 1777, Antoine Lavoisier descubrió el oxígeno y desarrolló una explicación para la combustión. En 1783, en el ensayo de Lavoisier "Reflexions sur le phlogistique",desaprueba la teoría del flogisto y propone una teoría calórica. En 1804, John Leslie observó que una superficie negra mate irradia calor con mayor eficacia que una superficie pulida, lo que sugiere la importancia de la radiación de cuerpo negro. En 1808, John Dalton defendió la teoría calórica en Un nuevo sistema de química y describió cómo se combina con la materia, especialmente con los gases; propuso que la capacidad calorífica de los gases varía inversamente con el peso atómico. En 1824, Sadi Carnot analizó la eficiencia de las máquinas de vapor utilizando la teoría calórica; desarrolló la noción de un proceso reversible y, al postular que tal cosa no existe en la naturaleza, sentó las bases de la segunda ley de la termodinámica.

Investigación sobre ciclones y flujo de aire.

En 1494, Cristóbal Colón experimentó un ciclón tropical, lo que condujo al primer relato europeo escrito de un huracán. En 1686, Edmund Halley presentó un estudio sistemático de los vientos alisios y los monzones e identificó el calentamiento solar como la causa de los movimientos atmosféricos. En 1735, George Hadley escribió una explicación ideal de la circulación global a través del estudio de los vientos alisios. En 1743, cuando un huracán le impidió a Benjamin Franklin ver un eclipse lunar, decidió que los ciclones se mueven de manera contraria a los vientos en su periferia.Comprender la cinemática de cómo la rotación de la Tierra afecta exactamente el flujo de aire fue parcial al principio. Gaspard-Gustave Coriolis publicó un artículo en 1835 sobre el rendimiento energético de las máquinas con piezas giratorias, como las ruedas hidráulicas. En 1856, William Ferrel propuso la existencia de una celda de circulación en las latitudes medias, y el aire interior desviado por la fuerza de Coriolis que da como resultado los vientos predominantes del oeste. A fines del siglo XIX, se entendió que el movimiento de las masas de aire a lo largo de las isobaras era el resultado de la interacción a gran escala de la fuerza del gradiente de presión y la fuerza de desviación. En 1912, esta fuerza de desviación se denominó efecto Coriolis.Justo después de la Primera Guerra Mundial, un grupo de meteorólogos en Noruega dirigido por Vilhelm Bjerknes desarrolló el modelo de ciclones noruegos que explica la generación, la intensificación y el decaimiento final (el ciclo de vida) de los ciclones de latitudes medias, e introdujo la idea de los frentes, es decir, límites claramente definidos entre las masas de aire. El grupo incluía a Carl-Gustaf Rossby (quien fue el primero en explicar el flujo atmosférico a gran escala en términos de dinámica de fluidos), Tor Bergeron (quien determinó por primera vez cómo se forma la lluvia) y Jacob Bjerknes.

Redes de observación y previsión meteorológica

A finales del siglo XVI y la primera mitad del siglo XVII se inventaron una serie de instrumentos meteorológicos: el termómetro, el barómetro, el hidrómetro, así como los pluviómetros y los pluviómetros. En la década de 1650, los filósofos naturales comenzaron a utilizar estos instrumentos para registrar sistemáticamente las observaciones meteorológicas. Las academias científicas establecieron diarios meteorológicos y organizaron redes de observación. En 1654, Ferdinando II de Medici estableció la primera red de observación meteorológica, que constaba de estaciones meteorológicas en Florencia, Cutigliano, Vallombrosa, Bolonia, Parma, Milán, Innsbruck, Osnabrück, París y Varsovia. Los datos recopilados se enviaron a Florencia a intervalos de tiempo regulares.En la década de 1660, Robert Hooke, de la Royal Society of London, patrocinó redes de observadores meteorológicos. El tratado de Hipócrates Aires, aguas y lugares había relacionado el clima con la enfermedad. Así, los primeros meteorólogos intentaron correlacionar los patrones meteorológicos con los brotes epidémicos y el clima con la salud pública.

Durante el Siglo de las Luces, la meteorología trató de racionalizar la tradición meteorológica tradicional, incluida la meteorología astrológica. Pero también hubo intentos de establecer una comprensión teórica de los fenómenos meteorológicos. Edmond Halley y George Hadley intentaron explicar los vientos alisios. Razonaron que la masa ascendente de aire caliente del ecuador es reemplazada por una entrada de aire más frío desde latitudes altas. Un flujo de aire cálido a gran altura desde el ecuador hasta los polos estableció a su vez una imagen temprana de la circulación. La frustración por la falta de disciplina entre los observadores meteorológicos y la mala calidad de los instrumentos llevó a los primeros estados nacionales modernos a organizar grandes redes de observación. Así, a fines del siglo XVIII, los meteorólogos tenían acceso a grandes cantidades de datos meteorológicos confiables.En 1832, el barón Schilling creó un telégrafo electromagnético. La llegada del telégrafo eléctrico en 1837 proporcionó, por primera vez, un método práctico para recopilar rápidamente observaciones meteorológicas de superficie de un área amplia.

Estos datos podrían usarse para producir mapas del estado de la atmósfera para una región cercana a la superficie de la Tierra y para estudiar cómo evolucionaron estos estados a lo largo del tiempo. Para hacer pronósticos meteorológicos frecuentes basados ​​en estos datos se requería una red confiable de observaciones, pero no fue hasta 1849 que la Institución Smithsonian comenzó a establecer una red de observación en los Estados Unidos bajo el liderazgo de Joseph Henry. Redes de observación similares se establecieron en Europa en este momento. El reverendo William Clement Ley fue clave en la comprensión de las nubes cirros y los primeros conocimientos de las corrientes en chorro. Charles Kenneth Mackinnon Douglas, conocido como 'CKM' Douglas, leyó los artículos de Ley después de su muerte y continuó con los primeros estudios de los sistemas meteorológicos. Los investigadores del siglo XIX en meteorología procedían de antecedentes militares o médicos, en lugar de recibir formación como científicos dedicados. En 1854, el gobierno del Reino Unido nombró a Robert FitzRoy para la nueva oficina de Estadístico Meteorológico de la Junta de Comercio con la tarea de recopilar observaciones meteorológicas en el mar. La oficina de FitzRoy se convirtió en la Oficina Meteorológica del Reino Unido en 1854, el segundo servicio meteorológico nacional más antiguo del mundo (la Institución Central de Meteorología y Geodinámica (ZAMG) de Austria se fundó en 1851 y es el servicio meteorológico más antiguo del mundo). Los primeros pronósticos meteorológicos diarios realizados por la Oficina de FitzRoy se publicaron en The Timesperiódico en 1860. Al año siguiente se introdujo un sistema de izar conos de advertencia de tormenta en los puertos principales cuando se esperaba un vendaval.

Durante los siguientes 50 años, muchos países establecieron servicios meteorológicos nacionales. El Departamento Meteorológico de la India (1875) se estableció para seguir los ciclones tropicales y los monzones. La Oficina Central Meteorológica de Finlandia (1881) se formó como parte del Observatorio Magnético de la Universidad de Helsinki. El Observatorio Meteorológico de Tokio de Japón, el precursor de la Agencia Meteorológica de Japón, comenzó a construir mapas meteorológicos de superficie en 1883. La Oficina Meteorológica de los Estados Unidos (1890) se estableció bajo el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. La Oficina Australiana de Meteorología (1906) fue establecida por una Ley de Meteorología para unificar los servicios meteorológicos estatales existentes.

Predicción meteorológica numérica

En 1904, el científico noruego Vilhelm Bjerknes argumentó por primera vez en su artículo Weather Forecasting as a Problem in Mechanics and Physics que debería ser posible pronosticar el tiempo a partir de cálculos basados ​​en leyes naturales.

No fue hasta más tarde en el siglo XX que los avances en la comprensión de la física atmosférica llevaron a la fundación de la predicción meteorológica numérica moderna. En 1922, Lewis Fry Richardson publicó "Predicción del tiempo por proceso numérico".después de encontrar notas y derivaciones en las que trabajó como conductor de ambulancia en la Primera Guerra Mundial. Describió cómo los términos pequeños en las ecuaciones de dinámica de fluidos de pronóstico que gobiernan el flujo atmosférico podrían despreciarse y un esquema de cálculo numérico que podría diseñarse para permitir predicciones. Richardson imaginó un gran auditorio con miles de personas realizando los cálculos. Sin embargo, la gran cantidad de cálculos requeridos era demasiado grande para completarlos sin computadoras electrónicas, y el tamaño de la cuadrícula y los pasos de tiempo utilizados en los cálculos conducían a resultados poco realistas. Aunque el análisis numérico descubrió más tarde que esto se debía a la inestabilidad numérica.

A partir de la década de 1950, los pronósticos numéricos con computadoras se volvieron factibles. Los primeros pronósticos meteorológicos derivados de esta manera utilizaron modelos barotrópicos (nivel vertical único) y pudieron predecir con éxito el movimiento a gran escala de las ondas de Rossby en latitudes medias, es decir, el patrón de mínimos y máximos atmosféricos. En 1959, la Oficina Meteorológica del Reino Unido recibió su primera computadora, una Ferranti Mercury.

En la década de 1960, la naturaleza caótica de la atmósfera fue observada y descrita matemáticamente por primera vez por Edward Lorenz, fundando el campo de la teoría del caos. Estos avances han llevado al uso actual de la predicción por conjuntos en la mayoría de los principales centros de predicción, para tener en cuenta la incertidumbre que surge de la naturaleza caótica de la atmósfera. Se han desarrollado modelos matemáticos utilizados para predecir el clima a largo plazo de la Tierra (modelos climáticos), que tienen una resolución hoy en día que es tan tosca como los modelos de predicción del clima más antiguos. Estos modelos climáticos se utilizan para investigar los cambios climáticos a largo plazo, como los efectos que podrían causar las emisiones humanas de gases de efecto invernadero.

Meteorólogos

Los meteorólogos son científicos que estudian y trabajan en el campo de la meteorología. La Sociedad Meteorológica Estadounidense publica y actualiza continuamente un Glosario meteorológico electrónico autorizado. Los meteorólogos trabajan en agencias gubernamentales, servicios privados de consultoría e investigación, empresas industriales, servicios públicos, estaciones de radio y televisión y en educación. En los Estados Unidos, los meteorólogos ocuparon alrededor de 10.000 puestos de trabajo en 2018.

Aunque los pronósticos y avisos meteorológicos son los productos más conocidos de los meteorólogos para el público, los presentadores del tiempo en la radio y la televisión no son necesariamente meteorólogos profesionales. En la mayoría de los casos, son reporteros con poca capacitación meteorológica formal, que utilizan títulos no regulados, como especialista en meteorología o meteorólogo. La Sociedad Meteorológica Estadounidense y la Asociación Meteorológica Nacional emiten "Sellos de Aprobación" a los locutores meteorológicos que cumplen con ciertos requisitos, pero esto no es obligatorio para ser contratado por los medios.

Equipo

Cada ciencia tiene sus propios conjuntos únicos de equipos de laboratorio. En la atmósfera, hay muchas cosas o cualidades de la atmósfera que se pueden medir. La lluvia, que se puede observar o ver en cualquier lugar y en cualquier momento, fue una de las primeras cualidades atmosféricas medidas históricamente. Además, otras dos cualidades medidas con precisión son el viento y la humedad. Ninguno de estos se puede ver, pero se puede sentir. Los dispositivos para medir estos tres surgieron a mediados del siglo XV y fueron, respectivamente, el pluviómetro, el anemómetro y el higrómetro. Se habían hecho muchos intentos antes del siglo XV para construir equipos adecuados para medir las muchas variables atmosféricas. Muchos estaban defectuosos de alguna manera o simplemente no eran confiables. Incluso Aristóteles señaló esto en algunos de sus trabajos como la dificultad para medir el aire.

Los conjuntos de mediciones de superficie son datos importantes para los meteorólogos. Ofrecen una instantánea de una variedad de condiciones climáticas en un solo lugar y, por lo general, se encuentran en una estación meteorológica, un barco o una boya meteorológica. Las medidas tomadas en una estación meteorológica pueden incluir cualquier número de observables atmosféricos. Por lo general, la temperatura, la presión, las mediciones del viento y la humedad son las variables que miden un termómetro, un barómetro, un anemómetro y un higrómetro, respectivamente.Las estaciones profesionales también pueden incluir sensores de calidad del aire (monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, ozono, polvo y humo), nefobasímetro (techo de nubes), sensor de caída de precipitaciones, sensor de inundaciones, sensor de rayos, micrófono (explosiones, estampidos sónicos, truenos), piranómetro/pirheliómetro/espectrorradiómetro (fotodiodos IR/Vis/UV), pluviómetro/medidor de nieve, contador de centelleo (radiación de fondo, lluvia radiactiva, radón), sismómetro (terremotos y temblores), transmisómetro (visibilidad) y un reloj GPS para datos Inicio sesión. Los datos del aire superior son de importancia crucial para la predicción del tiempo. La técnica más utilizada son los lanzamientos de radiosondas. Como complemento de las radiosondas, la Organización Meteorológica Mundial organiza una red de recogida de aeronaves.

La teledetección, tal como se utiliza en meteorología, es el concepto de recopilar datos de eventos meteorológicos remotos y, posteriormente, producir información meteorológica. Los tipos comunes de sensores remotos son Radar, Lidar y satélites (o fotogrametría). Cada uno recopila datos sobre la atmósfera desde una ubicación remota y, por lo general, almacena los datos donde se encuentra el instrumento. Radar y Lidar no son pasivos porque ambos usan radiación EM para iluminar una porción específica de la atmósfera. Los satélites meteorológicos, junto con los satélites de observación de la Tierra de uso más general que giran alrededor de la Tierra a varias altitudes, se han convertido en una herramienta indispensable para estudiar una amplia gama de fenómenos, desde los incendios forestales hasta El Niño.

Escalas espaciales

El estudio de la atmósfera se puede dividir en distintas áreas que dependen tanto de escalas temporales como espaciales. En un extremo de esta escala está la climatología. En las escalas de tiempo de horas a días, la meteorología se separa en meteorología de escala micro, meso y sinóptica. Respectivamente, el tamaño geoespacial de cada una de estas tres escalas se relaciona directamente con la escala de tiempo apropiada.

Se utilizan otras subclasificaciones para describir los efectos únicos, locales o amplios dentro de esas subclases.

Microescala

La meteorología a microescala es el estudio de los fenómenos atmosféricos en una escala de aproximadamente 1 kilómetro (0,62 millas) o menos. Las tormentas eléctricas individuales, las nubes y la turbulencia local causada por edificios y otros obstáculos (como colinas individuales) se modelan en esta escala.

Mesoescala

La meteorología de mesoescala es el estudio de los fenómenos atmosféricos que tiene escalas horizontales que van desde 1 km hasta 1000 km y una escala vertical que comienza en la superficie de la Tierra e incluye la capa límite atmosférica, la troposfera, la tropopausa y la sección inferior de la estratosfera. Las escalas de tiempo de mesoescala duran desde menos de un día hasta varias semanas. Los eventos que suelen ser de interés son las tormentas eléctricas, las líneas de turbonada, los frentes, las bandas de precipitación en los ciclones tropicales y extratropicales y los sistemas meteorológicos generados topográficamente, como las olas de montaña y las brisas marinas y terrestres.

Escala sinóptica

La meteorología a escala sinóptica predice cambios atmosféricos a escalas de hasta 1000 km y 10 segundos (28 días), en el tiempo y el espacio. En la escala sinóptica, la aceleración de Coriolis que actúa sobre las masas de aire en movimiento (fuera de los trópicos) juega un papel dominante en las predicciones. Los fenómenos típicamente descritos por la meteorología sinóptica incluyen eventos tales como ciclones extratropicales, valles y crestas baroclínicas, zonas frontales y, en cierta medida, corrientes en chorro. Todos estos se dan típicamente en mapas meteorológicos para un tiempo específico. La escala horizontal mínima de los fenómenos sinópticos se limita al espacio entre las estaciones de observación en la superficie.

Escala global

La meteorología a escala global es el estudio de los patrones climáticos relacionados con el transporte de calor desde los trópicos a los polos. Las oscilaciones a muy gran escala son importantes a esta escala. Estas oscilaciones tienen períodos de tiempo típicamente del orden de meses, como la oscilación Madden-Julian, o años, como El Niño-Oscilación del Sur y la oscilación decadal del Pacífico. La meteorología a escala global empuja hacia el rango de la climatología. La definición tradicional de clima se lleva a escalas de tiempo más grandes y, con la comprensión de las oscilaciones globales de escala de tiempo más larga, su efecto sobre el clima y las perturbaciones meteorológicas se pueden incluir en las predicciones de escalas de tiempo sinópticas y de mesoescala.

La predicción meteorológica numérica es un enfoque principal para comprender la interacción aire-mar, la meteorología tropical, la predictibilidad atmosférica y los procesos troposféricos/estratosféricos. El Laboratorio de Investigación Naval en Monterey, California, desarrolló un modelo atmosférico global llamado Sistema de Predicción Atmosférica Global Operacional de la Marina (NOGAPS). NOGAPS se ejecuta operativamente en el Centro de Oceanografía y Meteorología Numérica de la Flota para las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos. Muchos otros modelos atmosféricos globales están a cargo de las agencias meteorológicas nacionales.

Algunos principios meteorológicos

Meteorología de la capa límite

La meteorología de la capa límite es el estudio de los procesos en la capa de aire directamente sobre la superficie de la Tierra, conocida como capa límite atmosférica (ABL). Los efectos de la superficie (calentamiento, enfriamiento y fricción) provocan una mezcla turbulenta dentro de la capa de aire. Los movimientos turbulentos provocan movimientos significativos de calor, materia o cantidad de movimiento en escalas de tiempo de menos de un día. La meteorología de la capa límite incluye el estudio de todos los tipos de límites entre la superficie y la atmósfera, incluidos océanos, lagos, terrenos urbanos y terrenos no urbanos para el estudio de la meteorología.

Meteorología dinámica

La meteorología dinámica generalmente se enfoca en la dinámica de fluidos de la atmósfera. La idea de paquete de aire se utiliza para definir el elemento más pequeño de la atmósfera, ignorando la naturaleza molecular y química discreta de la atmósfera. Una parcela de aire se define como un punto en el continuo fluido de la atmósfera. Las leyes fundamentales de la dinámica de fluidos, la termodinámica y el movimiento se utilizan para estudiar la atmósfera. Las magnitudes físicas que caracterizan el estado de la atmósfera son la temperatura, la densidad, la presión, etc. Estas variables tienen valores únicos en el continuo.

Aplicaciones

Predicción del tiempo

El pronóstico del tiempo es la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir el estado de la atmósfera en un momento futuro y en un lugar determinado. Los humanos han intentado predecir el clima de manera informal durante milenios y formalmente desde al menos el siglo XIX. Los pronósticos meteorológicos se realizan recopilando datos cuantitativos sobre el estado actual de la atmósfera y utilizando la comprensión científica de los procesos atmosféricos para proyectar cómo evolucionará la atmósfera.

Una vez que un esfuerzo totalmente humano basado principalmente en los cambios en la presión barométrica, las condiciones climáticas actuales y las condiciones del cielo, los modelos de pronóstico ahora se utilizan para determinar las condiciones futuras. Todavía se requiere la participación humana para elegir el mejor modelo de pronóstico posible en el que basar el pronóstico, lo que implica habilidades de reconocimiento de patrones, teleconexiones, conocimiento del rendimiento del modelo y conocimiento de los sesgos del modelo. La naturaleza caótica de la atmósfera, el poder computacional masivo requerido para resolver las ecuaciones que describen la atmósfera, el error involucrado en la medición de las condiciones iniciales y una comprensión incompleta de los procesos atmosféricos significan que los pronósticos se vuelven menos precisos a medida que la diferencia en el tiempo actual y el tiempo para el que se realiza el pronóstico (el rangodel pronóstico) aumenta. El uso de conjuntos y consenso de modelos ayuda a reducir el error y elegir el resultado más probable.

Hay una variedad de usos finales para los pronósticos del tiempo. Las advertencias meteorológicas son pronósticos importantes porque se utilizan para proteger la vida y la propiedad. Los pronósticos basados ​​en la temperatura y la precipitación son importantes para la agricultura y, por lo tanto, para los comerciantes de productos básicos dentro de los mercados bursátiles. Las empresas de servicios públicos utilizan los pronósticos de temperatura para estimar la demanda en los próximos días. Todos los días, las personas usan los pronósticos del tiempo para determinar qué ponerse. Dado que las actividades al aire libre se ven severamente restringidas por las fuertes lluvias, la nieve y la sensación térmica, los pronósticos se pueden usar para planificar actividades en torno a estos eventos y para planificar con anticipación y sobrevivir a ellos.

Meteorología aeronáutica

La meteorología aeronáutica se ocupa del impacto del tiempo en la gestión del tráfico aéreo. Es importante que las tripulaciones aéreas comprendan las implicaciones del tiempo en su plan de vuelo, así como en sus aeronaves, como se indica en el Manual de información aeronáutica:

Los efectos del hielo en las aeronaves son acumulativos: se reduce el empuje, aumenta la resistencia, disminuye la sustentación y aumenta el peso. Los resultados son un aumento de la velocidad de pérdida y un deterioro del rendimiento de la aeronave. En casos extremos, se pueden formar de 2 a 3 pulgadas de hielo en el borde de ataque de la superficie aerodinámica en menos de 5 minutos. Solo se necesita 1/2 pulgada de hielo para reducir la potencia de sustentación de algunos aviones en un 50 por ciento y aumenta la resistencia por fricción en un porcentaje igual.

Meteorología agrícola

Los meteorólogos, los científicos del suelo, los hidrólogos agrícolas y los agrónomos son personas preocupadas por estudiar los efectos del tiempo y el clima en la distribución de las plantas, el rendimiento de los cultivos, la eficiencia en el uso del agua, la fenología del desarrollo de las plantas y los animales y el balance energético de los ecosistemas naturales y gestionados. Por el contrario, están interesados ​​en el papel de la vegetación en el clima y el tiempo.

Hidrometeorología

La hidrometeorología es la rama de la meteorología que se ocupa del ciclo hidrológico, el balance hídrico y las estadísticas de lluvia de las tormentas. Un hidrometeorólogo prepara y emite pronósticos de precipitaciones acumuladas (cuantitativas), lluvias intensas, nevadas intensas y destaca áreas con potencial de inundaciones repentinas. Por lo general, la gama de conocimientos que se requiere se superpone con la climatología, la meteorología sinóptica y de mesoescala, y otras geociencias.

La naturaleza multidisciplinaria de la rama puede generar desafíos técnicos, ya que las herramientas y soluciones de cada una de las disciplinas individuales involucradas pueden comportarse de manera ligeramente diferente, estar optimizadas para diferentes plataformas de hardware y software y usar diferentes formatos de datos. Hay algunas iniciativas, como el proyecto DRIHM, que están tratando de abordar este problema.

Meteorología nuclear

La meteorología nuclear investiga la distribución de aerosoles y gases radiactivos en la atmósfera.

Meteorología marítima

La meteorología marítima se ocupa de los pronósticos del aire y de las olas para los barcos que operan en el mar. Organizaciones como el Centro de Predicción Oceánica, la oficina de pronóstico del Servicio Meteorológico Nacional de Honolulu, la Oficina Meteorológica del Reino Unido y JMA preparan pronósticos de alta mar para los océanos del mundo.

Meteorología militar

La meteorología militar es la investigación y aplicación de la meteorología con fines militares. En los Estados Unidos, el Comando de Meteorología Naval y Oceanografía de la Armada de los Estados Unidos supervisa los esfuerzos meteorológicos para la Armada y el Cuerpo de Marines, mientras que la Agencia Meteorológica de la Fuerza Aérea de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos es responsable de la Fuerza Aérea y el Ejército.

Meteorología ambiental

La meteorología ambiental analiza principalmente la dispersión de la contaminación industrial física y químicamente en función de parámetros meteorológicos como la temperatura, la humedad, el viento y diversas condiciones climáticas.

Energía renovable

Las aplicaciones meteorológicas en energía renovable incluyen investigación básica, "exploración" y mapeo potencial de energía eólica y radiación solar para energía eólica y solar.