Tiempo atmosférico

El tiempo atmosférico o meteorológico es el estado de la atmósfera, que describe, por ejemplo, el grado en que está caliente o frío, húmedo o seco, tranquilo o tormentoso, despejado o nublado. En la Tierra, la mayoría de los fenómenos meteorológicos ocurren en la capa más baja de la atmósfera del planeta, la troposfera, justo debajo de la estratosfera. El tiempo se refiere a la temperatura, la precipitación y otras condiciones atmosféricas diarias, mientras que el clima es el término para el promedio de las condiciones atmosféricas durante períodos de tiempo más largos. Cuando se usa sin calificación, generalmente se entiende que "clima" significa el clima de la Tierra.

El clima es impulsado por la presión del aire, la temperatura y las diferencias de humedad entre un lugar y otro. Estas diferencias pueden ocurrir debido al ángulo del Sol en cualquier lugar en particular, que varía con la latitud. El fuerte contraste de temperatura entre el aire polar y el tropical da lugar a las circulaciones atmosféricas de mayor escala: la celda de Hadley, la celda de Ferrel, la celda polar y la corriente en chorro. Los sistemas meteorológicos en las latitudes medias, como los ciclones extratropicales, son causados ​​por inestabilidades del flujo de la corriente en chorro. Debido a que el eje de la Tierra está inclinado en relación con su plano orbital (llamado eclíptica), la luz solar incide en diferentes ángulos en diferentes épocas del año. En la superficie de la Tierra, las temperaturas suelen oscilar entre ±40 °C (−40 °F y 104 °F) al año. Durante miles de años, los cambios en la Tierra'

Las diferencias de temperatura de la superficie a su vez causan diferencias de presión. Las altitudes más altas son más frías que las altitudes más bajas, ya que la mayor parte del calentamiento atmosférico se debe al contacto con la superficie de la Tierra, mientras que las pérdidas por radiación al espacio son en su mayoría constantes. El pronóstico del tiempo es la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir el estado de la atmósfera para un tiempo futuro y un lugar determinado. El sistema meteorológico de la Tierra es un sistema caótico; como resultado, pequeños cambios en una parte del sistema pueden crecer y tener grandes efectos en el sistema en su conjunto. Los intentos humanos de controlar el clima han ocurrido a lo largo de la historia, y hay evidencia de que las actividades humanas como la agricultura y la industria han modificado los patrones climáticos.

Estudiar cómo funciona el clima en otros planetas ha sido útil para comprender cómo funciona el clima en la Tierra. Un hito famoso en el Sistema Solar, la Gran Mancha Roja de Júpiter, es una tormenta anticiclónica conocida por haber existido durante al menos 300 años. Sin embargo, el clima no se limita a los cuerpos planetarios. La corona de una estrella se pierde constantemente en el espacio, creando lo que es esencialmente una atmósfera muy delgada en todo el Sistema Solar. El movimiento de masa expulsado por el Sol se conoce como viento solar.

Causas

En la Tierra, los fenómenos meteorológicos comunes incluyen viento, nubes, lluvia, nieve, niebla y tormentas de polvo. Los eventos menos comunes incluyen desastres naturales como tornados, huracanes, tifones y tormentas de hielo. Casi todos los fenómenos meteorológicos familiares ocurren en la troposfera (la parte inferior de la atmósfera). El clima ocurre en la estratosfera y puede afectar el clima más abajo en la troposfera, pero los mecanismos exactos son poco conocidos.

El tiempo se produce principalmente debido a la presión del aire, la temperatura y las diferencias de humedad entre un lugar y otro. Estas diferencias pueden ocurrir debido al ángulo del sol en cualquier lugar en particular, que varía según la latitud de los trópicos. En otras palabras, cuanto más lejos de los trópicos se encuentra, menor es el ángulo del sol, lo que hace que esos lugares sean más fríos debido a la dispersión de la luz solar sobre una mayor superficie. El fuerte contraste de temperatura entre el aire polar y tropical da lugar a las celdas de circulación atmosférica a gran escala y la corriente en chorro. Los sistemas meteorológicos en las latitudes medias, como los ciclones extratropicales, son causados ​​por inestabilidades del flujo de la corriente en chorro (ver baroclinidad). Los sistemas meteorológicos en los trópicos, como los monzones o los sistemas de tormentas eléctricas organizadas, son causados ​​por diferentes procesos.

Debido a que el eje de la Tierra está inclinado con respecto a su plano orbital, la luz solar incide en diferentes ángulos en diferentes épocas del año. En junio, el hemisferio norte está inclinado hacia el sol, por lo que, en cualquier latitud del hemisferio norte, la luz del sol cae más directamente en ese lugar que en diciembre (ver Efecto del ángulo del sol en el clima). Este efecto provoca las estaciones. Durante miles o cientos de miles de años, los cambios en los parámetros orbitales de la Tierra afectan la cantidad y la distribución de la energía solar recibida por la Tierra e influyen en el clima a largo plazo. (Ver ciclos de Milankovitch).

El calentamiento solar desigual (la formación de zonas de gradientes de temperatura y humedad, o frontogénesis) también puede deberse al propio tiempo en forma de nubosidad y precipitaciones. Las altitudes más altas suelen ser más frías que las altitudes más bajas, lo que es el resultado de una temperatura superficial más alta y el calentamiento por radiación, lo que produce la tasa de variación adiabática.En algunas situaciones, la temperatura en realidad aumenta con la altura. Este fenómeno se conoce como inversión y puede hacer que las cimas de las montañas sean más cálidas que los valles que se encuentran debajo. Las inversiones pueden conducir a la formación de niebla y, a menudo, actúan como un límite que suprime el desarrollo de tormentas eléctricas. En escalas locales, las diferencias de temperatura pueden ocurrir porque diferentes superficies (como océanos, bosques, capas de hielo u objetos hechos por el hombre) tienen diferentes características físicas, como reflectividad, rugosidad o contenido de humedad.

Las diferencias de temperatura de la superficie a su vez causan diferencias de presión. Una superficie caliente calienta el aire que se encuentra sobre ella, lo que hace que se expanda y disminuya la densidad y la presión del aire superficial resultante. El gradiente de presión horizontal resultante mueve el aire de las regiones de mayor a menor presión, creando un viento, y la rotación de la Tierra provoca la desviación de este flujo de aire debido al efecto Coriolis. Los sistemas simples así formados pueden mostrar un comportamiento emergente para producir sistemas más complejos y, por lo tanto, otros fenómenos meteorológicos. Los ejemplos a gran escala incluyen la celda de Hadley, mientras que un ejemplo a menor escala serían las brisas costeras.

La atmósfera es un sistema caótico. Como resultado, pequeños cambios en una parte del sistema pueden acumularse y magnificarse para causar grandes efectos en el sistema como un todo. Esta inestabilidad atmosférica hace que el pronóstico del tiempo sea menos predecible que las mareas o los eclipses. Aunque es difícil predecir con precisión el clima con más de unos pocos días de anticipación, los meteorólogos trabajan continuamente para extender este límite a través de la investigación meteorológica y el perfeccionamiento de las metodologías actuales en la predicción del clima. Sin embargo, es teóricamente imposible hacer predicciones útiles día a día con más de dos semanas de anticipación, lo que impone un límite superior al potencial para mejorar la habilidad de predicción.

Dando forma al planeta Tierra

El clima es uno de los procesos fundamentales que dan forma a la Tierra. El proceso de meteorización descompone las rocas y los suelos en fragmentos más pequeños y luego en sus sustancias constituyentes. Durante la precipitación de las lluvias, las gotas de agua absorben y disuelven el dióxido de carbono del aire circundante. Esto hace que el agua de lluvia sea ligeramente ácida, lo que ayuda a las propiedades erosivas del agua. El sedimento y los productos químicos liberados quedan libres para participar en reacciones químicas que pueden afectar aún más la superficie (como la lluvia ácida) y los iones de sodio y cloruro (sal) depositados en los mares/océanos. El sedimento puede reformarse con el tiempo y por fuerzas geológicas en otras rocas y suelos. De esta manera, el clima juega un papel importante en la erosión de la superficie.

Efecto en los humanos

El clima, visto desde una perspectiva antropológica, es algo que todos los humanos en el mundo experimentan constantemente a través de sus sentidos, al menos mientras están afuera. Hay interpretaciones social y científicamente construidas sobre qué es el clima, qué lo hace cambiar, el efecto que tiene sobre los humanos en diferentes situaciones, etc. Por lo tanto, el clima es algo sobre lo que la gente suele comunicarse. El Servicio Meteorológico Nacional tiene un informe anual de muertes, lesiones y costos totales de daños que incluyen cosechas y propiedades. Recopilan estos datos a través de las oficinas del Servicio Meteorológico Nacional ubicadas en los 50 estados de los Estados Unidos, así como en Puerto Rico, Guam y las Islas Vírgenes. A partir de 2019, los tornados han tenido el mayor impacto en los humanos con 42 muertes y costaron daños a las cosechas y la propiedad por más de 3 mil millones de dólares.

Efectos sobre las poblaciones

El clima ha jugado un papel importante y, a veces, directo en la historia humana. Aparte de los cambios climáticos que han causado la deriva gradual de las poblaciones (por ejemplo, la desertificación del Medio Oriente y la formación de puentes terrestres durante los períodos glaciales), los fenómenos meteorológicos extremos han provocado movimientos de población a menor escala y se han entrometido directamente en los acontecimientos históricos. Uno de esos eventos es la salvación de Japón de la invasión de la flota mongola de Kublai Khan por los vientos kamikaze en 1281. Las reclamaciones francesas sobre Florida llegaron a su fin en 1565 cuando un huracán destruyó la flota francesa, lo que permitió a España conquistar Fort Caroline. Más recientemente, el huracán Katrina redistribuyó a más de un millón de personas de la costa central del Golfo a otras partes de los Estados Unidos, convirtiéndose en la diáspora más grande en la historia de los Estados Unidos.

La Pequeña Edad de Hielo provocó malas cosechas y hambrunas en Europa. Durante el período conocido como la Fluctuación de Grindelwald (1560-1630), los eventos de forzamiento volcánico parecen haber llevado a eventos climáticos más extremos. Estos incluyeron sequías, tormentas y ventiscas fuera de temporada, además de provocar la expansión del glaciar suizo Grindelwald. La década de 1690 vio la peor hambruna en Francia desde la Edad Media. Finlandia sufrió una grave hambruna en 1696-1697, durante la cual murió aproximadamente un tercio de la población finlandesa.

Pronóstico

El pronóstico del tiempo es la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir el estado de la atmósfera para un tiempo futuro y un lugar determinado. Los seres 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. Por otro lado, aún se requiere la participación humana para elegir el mejor modelo de pronóstico posible en el que basar el pronóstico, lo que involucra muchas disciplinas, como 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 hacen que los pronósticos sean menos precisos a partir de la diferencia en el tiempo actual. y el tiempo para el que se realiza el pronóstico (el rango del 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 usuarios finales para las previsiones meteorológicas. 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.

En algunas áreas, las personas usan los pronósticos del tiempo para determinar qué ponerse en un día determinado. 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 planificar con anticipación para sobrevivir a ellos.

El pronóstico del clima tropical es diferente al de latitudes más altas. El sol brilla más directamente en los trópicos que en latitudes más altas (al menos en promedio durante un año), lo que hace que los trópicos se calienten (Stevens 2011). Y, la dirección vertical (hacia arriba, cuando uno se para en la superficie de la Tierra) es perpendicular al eje de rotación de la Tierra en el ecuador, mientras que el eje de rotación y la vertical son los mismos en el polo; esto hace que la rotación de la Tierra influya en la circulación atmosférica con más fuerza en las latitudes altas que en las bajas. Debido a estos dos factores, las nubes y las tormentas de lluvia en los trópicos pueden ocurrir de manera más espontánea en comparación con las de latitudes más altas, donde están más estrictamente controladas por fuerzas de mayor escala en la atmósfera. Debido a estas diferencias, las nubes y la lluvia son más difíciles de pronosticar en los trópicos que en latitudes más altas. Por otro lado, la temperatura se pronostica fácilmente en los trópicos, porque no cambia mucho.

Modificación

La aspiración a controlar el clima es evidente a lo largo de la historia humana: desde los antiguos rituales destinados a traer lluvia para las cosechas hasta la Operación Popeye del Ejército de los EE. UU., un intento de interrumpir las líneas de suministro al alargar el monzón de Vietnam del Norte. Los intentos más exitosos de influir en el clima involucran la siembra de nubes; incluyen las técnicas de dispersión de niebla y estratos bajos empleadas por los principales aeropuertos, técnicas utilizadas para aumentar la precipitación invernal sobre las montañas y técnicas para suprimir el granizo.Un ejemplo reciente de control del clima fue la preparación de China para los Juegos Olímpicos de Verano de 2008. China disparó 1.104 cohetes de dispersión de lluvia desde 21 sitios en la ciudad de Beijing en un esfuerzo por evitar la lluvia en la ceremonia de apertura de los juegos el 8 de agosto de 2008. Guo Hu, jefe de la Oficina Meteorológica Municipal de Beijing (BMB), confirmó el éxito. de la operación con 100 milímetros cayendo en la ciudad de Baoding de la provincia de Hebei, al suroeste y el distrito de Fangshan de Beijing registrando una lluvia de 25 milímetros.

Si bien no hay evidencia concluyente de la eficacia de estas técnicas, existe una amplia evidencia de que la actividad humana, como la agricultura y la industria, da como resultado una modificación inadvertida del clima:

• La lluvia ácida, causada por la emisión industrial de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno a la atmósfera, afecta negativamente a los lagos de agua dulce, la vegetación y las estructuras.
• Los contaminantes antropogénicos reducen la calidad del aire y la visibilidad.
• Se espera que el cambio climático causado por las actividades humanas que emiten gases de efecto invernadero al aire afecte la frecuencia de eventos climáticos extremos como sequías, temperaturas extremas, inundaciones, vientos fuertes y tormentas severas.
• Se ha demostrado que el calor generado por las grandes áreas metropolitanas afecta minuciosamente el clima cercano, incluso a distancias de hasta 1.600 kilómetros (990 millas).

Los efectos de la modificación inadvertida del clima pueden representar serias amenazas para muchos aspectos de la civilización, incluidos los ecosistemas, los recursos naturales, la producción de alimentos y fibras, el desarrollo económico y la salud humana.

Meteorología a microescala

La meteorología a microescala es el estudio de fenómenos atmosféricos de corta duración más pequeños que la mesoescala, aproximadamente 1 km o menos. Estas dos ramas de la meteorología a veces se agrupan como "meteorología de mesoescala y microescala" (MMM) y juntas estudian todos los fenómenos menores que la escala sinóptica; es decir, estudian características generalmente demasiado pequeñas para ser representadas en un mapa meteorológico. Estos incluyen "soplos" de nubes pequeñas y generalmente fugaces y otras características de nubes pequeñas.

Extremos en la tierra

En la Tierra, las temperaturas suelen oscilar entre ±40 °C (100 °F y −40 °F) al año. El rango de climas y latitudes en todo el planeta puede ofrecer temperaturas extremas fuera de este rango. La temperatura del aire más fría jamás registrada en la Tierra es de -89,2 °C (-128,6 °F), en la estación Vostok, Antártida, el 21 de julio de 1983. La temperatura del aire más alta jamás registrada fue de 57,7 °C (135,9 °F) en 'Aziziya, Libia., el 13 de septiembre de 1922, pero se cuestiona esa lectura. La temperatura media anual más alta registrada fue de 34,4 ° C (93,9 ° F) en Dallol, Etiopía. La temperatura anual promedio más fría registrada fue de -55,1 ° C (-67,2 ° F) en la estación Vostok, en la Antártida.

La temperatura media anual más fría en un lugar permanentemente habitado se encuentra en Eureka, Nunavut, en Canadá, donde la temperatura media anual es de -19,7 °C (-3,5 °F).

El lugar más ventoso jamás registrado está en la Antártida, Commonwealth Bay (Costa de Jorge V). Aquí los vendavales alcanzan las 199 mph (320 km/h). Además, la mayor nevada en un período de doce meses ocurrió en Mount Rainier, Washington, EE. UU. Se registró como 31.102 mm (102,04 pies) de nieve.

Extraterrestre dentro del Sistema Solar

Se ha considerado útil estudiar cómo funciona el clima en otros planetas para comprender cómo funciona en la Tierra. El clima en otros planetas sigue muchos de los mismos principios físicos que el clima en la Tierra, pero ocurre en diferentes escalas y en atmósferas que tienen una composición química diferente. La misión Cassini-Huygens a Titán descubrió nubes formadas por metano o etano que depositan lluvia compuesta de metano líquido y otros compuestos orgánicos. La atmósfera terrestre incluye seis zonas de circulación latitudinal, tres en cada hemisferio. En contraste, la apariencia de bandas de Júpiter muestra muchas de estas zonas, Titán tiene una sola corriente en chorro cerca del paralelo 50 de latitud norte y Venus tiene un solo chorro cerca del ecuador.

Uno de los hitos más famosos del Sistema Solar, la Gran Mancha Roja de Júpiter, es una tormenta anticiclónica que se sabe que existe desde hace al menos 300 años. En otros gigantes gaseosos, la falta de superficie permite que el viento alcance velocidades enormes: se han medido ráfagas de hasta 600 metros por segundo (alrededor de 2100 km/h o 1300 mph) en el planeta Neptuno. Esto ha creado un rompecabezas para los científicos planetarios. El clima es creado en última instancia por la energía solar y la cantidad de energía recibida por Neptuno es solo alrededor ^{de 1} ⁄ ₉₀₀ de la recibida por la Tierra, sin embargo, la intensidad de los fenómenos meteorológicos en Neptuno es mucho mayor que en la Tierra.Los vientos planetarios más fuertes descubiertos hasta ahora se encuentran en el planeta extrasolar HD 189733 b, que se cree que tiene vientos del este que se mueven a más de 9600 kilómetros por hora (6000 mph).

Clima espacial

El clima no se limita a los cuerpos planetarios. Como todas las estrellas, la corona del Sol se pierde constantemente en el espacio, creando lo que es esencialmente una atmósfera muy delgada en todo el Sistema Solar. El movimiento de masa expulsado por el Sol se conoce como viento solar. Las inconsistencias en este viento y los eventos más grandes en la superficie de la estrella, como las eyecciones de masa coronal, forman un sistema que tiene características análogas a los sistemas meteorológicos convencionales (como la presión y el viento) y generalmente se conoce como clima espacial. Las eyecciones de masa coronal se han rastreado tan lejos en el Sistema Solar como Saturno. La actividad de este sistema puede afectar atmósferas planetarias y ocasionalmente superficies. La interacción del viento solar con la atmósfera terrestre puede producir auroras espectaculares,y puede causar estragos en los sistemas eléctricamente sensibles, como las redes eléctricas y las señales de radio.