Introducción a la atmósfera -...

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  • IntroduccinIntroduccin a a la la atmsferaatmsfera

    Taller de Introduccin a la MeteorologaSegundo Semestre 2010Dr. Gustavo V. NeccoIMFIA FING/ IF - FCIEN

  • Earth System Sciences(ESS)

    Atmsfera

    R=6370 km

    H~30 km

    Bisfera

    Crisfera

    Hidrsfera

    Litsfera

    Esfera rotando360 grados cada24 horas

  • La atmsfera

    La atmsfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra.

    Es difcil determinar exactamente su espesor, puesto que los gases que la componen se van haciendo menos densos con la altura, hasta prcticamentedesaparecer a unos pocos cientos de kilmetros de la superficie.

    La atmsfera est formada por una mezcla de gases, la mayor parte de loscuales se concentra en la denominada homosfera, que se extiende desde el suelo hasta los 80-100 kilmetros de altura.

    El 99,00% de la masa total de la atmsfera se encuentra por debajo de los 30 km de altura. A esta altura, su espesor relativo al radio terrestre resulta sermuy pequeo: 1 en 200 (30km/6000km), y por consiguiente se presentacomo una capa muy delgada sobre una esfera rotante (la tierra).

  • Composicin de la atmsfera

    Es importante recordar que la concentracin de estos gases vara con la altura, siendo especialmente acusadas las variaciones del vapor de agua, que se concentra sobre todo en las capas prximas a la superficie.

  • Las capas de la atmsfera

    Segn su estructura trmicavertical

    ionosfera

  • TROPOSFERA : es la capa ms cercana a la superficie, que se extiende hasta unos 12 km sobre ella (unos 19 km en el Ecuador y unos 9 km sobre los Polos). La temperatura disminuye a una tasa promedio de 6.5 C por kilmetro. En esta capa, que concentra un 80% de toda la masa de la atmsfera, ocurren los fenmenos meteorolgicos ms relevantes. En el lmite superior de la tropsfera, denominado TROPOPAUSA, donde la temperatura deja de disminuir, la temperatura es cercana a -55C.

    ESTRATOSFERA: se encuentra por encima de la tropsfera y se extiende hasta unos 45 km. En ella la temperatura aumenta con la altura hasta un valor cercano a 0C en su lmite superior denominado ESTRATOPAUSA. La concentracin de masa atmosfrica en los niveles superiores de la estratsfera y en las capas por encima de ella es tan baja (recuerde que un 99% de la masa est concentrada por debajo de los 30 km aproximadamente) que el significado de la temperatura no es el mismo que tiene a nivel de la superficie del planeta.

    Las capas de la atmsfera

  • Por encima de la estratsfera la temperatura disminuye con la altura, definiendo la capa denominada MESOSFERA, la cual culmina a unos 80 km de altitud donde la temperatura es del orden de -90C(MESOPAUSA).

    Por encima de ese nivel, y hasta un nivel superior no bien definido la temperatura vuelve a aumentar con la altura definiendo la capa denominada TERMOSFERA.

    Estas capas se han definido teniendo en cuenta el perfil trmico vertical.

    Tambin se distinguen otras capas, como la OZONOSFERA, entre los 12 y 50 km de altura, donde se encuentra el mximo de ozono (O3) y la IONOSFERA, una extensin de la termosfera, entre los 90 y 1.100 kilmetros de altura, donde existen capas formadas por tomos cargados elctricamente, llamados iones. Al ser una capa conductora de electricidad, es la que posibilita las transmisiones de radio y televisin por su propiedad de reflejar las ondas. Tambin se producen all las auroras

    Las capas de la atmsfera

  • Circulacin general de la atmsfera

    (Calentamiento diferencial)

    La radiacin solar

  • Circulacin general de la atmsfera

    FRIO

    FRIO FRIO

    FRIO

    CAL CALCALCAL

    En el sistema Tierra-Atmsfera el calentamiento diferencial (a) porla radiacin origina (b) circulaciones atmosfricas.

    (a) (b)

  • SUPERFICIE FRIA SUPERFICIE CALIENTE

    AIREFRIO

    DENSO

    AIRECALIENTELIVIANO

    ADVECCION

    Conveccin (en sentido amplio)Movimiento vertical resultante del calentamiento diferencial del aire por el contraste de temperaturas en superficie.

    El flujo horizontal debido a una corriente convectiva es el viento .La conveccin en escalas grandes y pequeas explican tanto las circulaciones hemisfricas como los vientos locales. El flujo horizontal se denomina adveccin , pero normalmente se usa este trmino para el transporte de propiedades atmosfricas : p.e. adveccin caliente; adveccinfra, adveccin de vapor de agua.

  • La fuerza de CoriolisEfecto de la rotacin terrestremximo en los polos

    Nulo en el Ecuador

  • Nomenclatura global

    merid

    iano

    Fluj

    om

    erid

    iona

    l

    90N Polo Norte

    30N

    Latitud =60N

    90S Polo Sur

    60S

    30S

    0

    Flujo zonal

    polar

    Paralelo 30

    90W 60W = longitud

    Ecuador

    subpolar

    latitudes medias

    subtropical

    ecuatorialo tropical

    subtropical

    subpolarpolar

    latitudes medias

    Rotacin ciclnica:En el mismo sentido que la rotacin de la tierra

    Rotacin anticiclnica:

    En sentido contrario al de la rotacin de la

    tierra

    L

    BA

    H

    H.S. H.S.

  • Supone una Tierrade superficie lisay uniforme

    Circulacin general de la atmsfera

    Celda de Hadley

    Celda de Ferrel

  • Vientos del Oeste

    Alisios del NE

    Alisios del SECorriente en chorrosubtropical

    Corriente en chorropolar

    Corriente en chorropolar

    Celda de Hadley

    Zona de ConvergenciaInterTropical (ITCZ)

    Anticiclonessubtropicales

    La rotacin de la Tierradesva los vientos hacia la derecha en el H.N. y haciala izquierda en el H.S.

    Circulacin general de la atmsfera

    Supone una Tierrade superficie lisay uniforme

  • Relacin entre presin y viento: Depresin en superficie

  • Relacin entre presin y viento: Anticicln en superficie

  • Circulacin alrededor de los sistemas bricos en superficie

    En superficie el viento se dirige,en espiral, desde los centros de altapresion hacia los centros de baja presin, cruzando las lineasisobaras con un ngulo (debido al frotamiento)

  • La corriente en chorro (Jet-stream)

    La corriente en chorro es un mximo de viento en altura, muy angosto y chato, que ondula alrededor del globo en forma de ondas. Se posicionan en las zonas de mximo contraste trmico.Pueden existir en zonas subtropicales, aunque son menos intensos que los de latitudes medias.

  • La corriente en chorro (Jet-stream)

    Gemini XII

    Corriente en chorro sobre el Valle del Nilo y el Mar Rojo

  • Ondas en altura

    L

    A

    H

    B

    Debido al gradiente de temperatura y a la rotacin terrestre se forman ondasde miles de km de longitud en la corriente en chorro situada por encima delfrente polar

    Estas ondas crecen de amplitud y las masas de aire frias y calidas se desprenden formando centros de baja presin (fros) y de alta presin(calientes) en altura que dominan el tiempo en latitudes medias (sistemasdinmicos).

  • 21 Agosto 0606:00 PM GMT

    La corriente en chorro (Jet-stream)

    Ejemplos

  • Interpretacin de las imgenes de los satlites meteorolgicos

    VISIBLE (VIS)Las imgenes en el espectro visible representan la cantidad de luz que es reflejada hacia el espacio por las nubes o la superficie de la tierra. El agua y la tierra sin nubes son normalmente oscuras, mientras que las nubes y la nieve se presentan brillantes. Las nubes espesas son ms reflectivas y aparecen ms brillantes que las tenues. Sin embargo, en estas imgenes del espectro visible es difcil discernir entre nubes altas y bajas. Para esto son tiles las imgenes de satlite en el infrarrojo. Las imgenes en el espectro visible no se pueden obtener en ausencia de luz solar.

  • Interpretacin de las imgenes de los satlites meteorolgicos

    INFRARROJO (IR)

    Las imgenes del infrarrojo representan la radiacin infrarroja emitida por las nubes o la superficie de la tierra. En realidad, son medidas de temperatura.

    En una imagen infrarroja, los objetos ms calientes aparecen ms oscuros que los fros. Las zonas sin nube sern normalmente oscuras, pero tambin las nubes muy bajas y la niebla pueden aparecer oscuras. Casi todas las otras nubes se presentarn claras.

    Las nubes altas son ms claras que las bajas.

  • Interpretacin de las imgenes de los satlites meteorolgicos

    VAPOR DE AGUA (WV)

    Las imgenes de vapor de agua representan la cantidad de vapor de agua de la atmsfera.

    Son tiles para indicar zonas de aire hmedo y seco.

    Los colores oscuros indican aire seco, mientras que un blanco ms brillante indica que el aire es ms hmedo.

  • ZonaZona de de convergenciaconvergencia intertropicalintertropical

    Zonasfrontales

    GruposGruposde de nubesnubesconvectivasconvectivas

    Vrtice ciclnico(Baja o depresin)

  • VIS

  • IR realzado

  • NEPH

  • Areos : viento Acuosos: lluvia, nieve, granizo Luminosos: arco iris, halos, auroras Elctricos: rayo

    Variables fundamentales:> Presin> Temperatura del aire> Humedad

    Variable atmosfrica (P,T,H, viento) o fenmeno meteorolgico (tormentas, nieblas, ciclones, anticiclones, etc) que caracterizan el estado del tiempo en un lugarespecfico y en un momento dado.

    Qu es meteorologa?

    Elemento meteorolgico

  • La tendencia es hacia una Ciencia del Sistema Tierra en conjunto (CST), lo cual implica una aproximacin integrada del estudio de la Tierra para explicar su dinmica, su evolucin y el cambio global. En esta aproximacin, la Tierra es considerada como un sistema unificado de componentes que interactan.

    La Meteorologa dentro de la Ciencia del Sistema Tierra (CST)(ESS: Earth System Science)

    Al tratar con la descripcinpasada, presente y futuradel completo sistema del

    clima, la climatologamoderna ha obtenido un

    alcance mayor

    OMM No 258, Vol. I, Cuarta edicin, 2001

  • Escalas espaciales y temporales de fenmenos meteorolgicos

    (WMO No. 993, 2006)

    (Tormenta severa)

  • TericaFsicaDinmicaExperimentalSinpticaMicrometeorologaMesometeorologaMacrometeorologaHidrometeorologaMdicaAplicada

    - Aeronutica- Martima- Agrcola (o Agrometeorologa)

    Algunas ramas de la meteorologa

  • Estaciones meteorolgicas

  • - Metdicas- Sistemticas- Uniformes- Ininterrumpidas- A horas fijas

    Tipos de observaciones

    - Sinpticas- Climatolgicas- Aeronuticas- Martimas- Agrcolas- De altitud- Otras (especiales contaminacion, radiacin, etc)

    Horas- en superficie Horas principales: 00:00 06:00 12:00 18:00 UTC

    Horas intermedias: 03:00 09:00 15:00 21:00 UTC - en altitud 00:00 12:00 UTC- aeronuticas horarias, en el momento del despegue o aterrizaje;

    en vuelo en cualquier momento

    Observaciones meteorolgicas

  • Sistema Mundial de ObservacionesEstaciones en superficie

    Alrededor de 11000 estaciones terrestres (4000 intercambian informacion en tiempo real)

  • From a network of

    Sistema Mundial de ObservacionesEstaciones en altitud

    Alrededor de 900 estaciones de altura lanzan diaramente radiosondas una o dos vecesal da (15 buques en reas ocenicas)

  • Sistema Mundial de ObservacionesObservaciones martimas

    Alrededor de 7000 buques. (40 % en el mar en un momento dado) Se complementancon alrededor de 900 boyas a la deriva.

  • Sistema Mundial de ObservacionesObservaciones aeronuticas

    Ms de 3000 aviones reportan P, T y viento durante el vuelo. El sistema AircraftMeteorological Data Relay (AMDAR) da viento y T de alta calidad en el ascenso, descenso y en crucero( 78000 informes en el 2000 / 300000 en el 2005).

  • Sistema Mundial de ObservacionesSatlites meteorolgicos

    5 orbitales6 geoestacionarios

  • Tiempo y clima

    Cuando la repentina entrada de un frente fro nos arruina nuestros planes del fin de semana de salir al campo, nos estamos refiriendo a un fenmenometeorolgico que puede durar desde varias horas a varios das. Estamoshablando de tiempo (meteorolgico).

    Cuando afirmamos que en nuestra ciudad los inviernos son muy fros ysecos, estamos considerando un periodo de tiempo de decenas de aospara realizar una valoracin promedio de las temperaturas y precipitacionesinvernales. En este caso, estamos hablando del clima de nuestraciudad.

    Podramos decir que el clima es la sntesis del tiempo. Formalmente, elclima se define como el conjunto de estados de tiempo atmosfrico que se producen en una determinada regin y que otorgan a sta una particular idiosincrasia. El concepto de clima incluye no slo los valores medios de las variables meteorolgicas, sino tambin sus extremos.

  • Factores climticos

    La palabra clima tiene su origen en el idioma griego y significainclinacin.

    En la distribucin de las zonas climticas de la Tierra intervienen lo quese ha denominado factores climticos, tales como la latitud, altitud y localizacin de un lugar y dependiendo de ellos variarn los elementosdel clima.

    Justamente la latitud es uno de los factores principales que determinanlas grandes franjas climticas. En ello interviene por un lado la inclinacin del eje de la Tierra respecto del plano orbital (23.5) y, porotro, la forma esfrica de la Tierra, ya que su mayor extensin en el Ecuador permite un mayor calentamiento de las masas de aire en estaszonas permanentemente; disminuyendo progresivamente desde losTrpicos hacia los Polos, que quedan sometidos a las variacionesestacionales segn la posicin de la Tierra en su movimiento de traslacin alrededor del Sol.

  • SOLSolsticiode junioSolsticio de diciembre

    Equinoccio de septiembre

    Equinocciode marzo

    Plano orbital

    Estaciones del ao

    Luz solar Luz solar

    Verano H.N.Invierno H.N.

    Mxima recepcin de radiacinpor unidad de superficie

    Mnima recepcin de radiacinpor unidad de superficie

    23.5

  • Zonas climticas y clases de climas

  • Efecto invernadero

    Dentro de un invernadero la temperatura es ms alta que en el exterior porque entra ms energa de la que sale, por la misma estructura del habitculo, sin necesidad de calefaccin para calentarlo.

    En la atmsfera se produce un efecto natural similar de retencin del calor gracias a algunos gases atmosfricos llamados de efecto invernadero{entre ellos el dixido de carbono (CO2), el vapor de agua (H2O) y el metano (CH4)}.

    El efecto invernadero hace que la temperatura media de la superficie de la Tierra sea 33C mayor que la que tendra si no existieran gases con efecto invernadero en la atmsfera.

    La temperatura media en la Tierra es de unos 15C y si la atmsfera no existiera sera de unos -18 C.

    Se le llama efecto invernadero por similitud, porque en realidad la accin fsica por la que se produce es muy distinta a la que sucede en el invernadero de plantas.Se estima que la intensificacin de este efecto por la actividad humana, que aumenta la concentracin de gases de efecto invernadero, es un factor mayor en el actual calentamiento global de la atmsfera.

  • Efecto invernadero natural

    La radiacin solar pasa a travs de la atmsfera

    Algo de la radiacin solar se refleja por la tierra y la atmsfera

    Pero la mayora es absorbida por la superficie terrestre y la calienta (radiacin IR). Parte de la radiacin infrarroja pasa a travs de la atmsfera y parte es reabsorbida y reemitida en todas direcciones por las molculas de gases con efecto invernadero.

    El resultado es el calentamiento de la superficie terrestre y de la baja atmsfera

    Mantiene la temperatura media global de la atmsfera a unos 15C. Si no existiera stasera de 18C

  • EL SISTEMA CLIMATICO Y SUS SUBSISTEMAS

    SALINIDAD ESCORRENTIA

    HUMEDAD DEL SUELO

    H : Hidrosfera (ocenos) L : Litosfera (tierras)

    C : Criosfera (nieve & hielo)A : Atmosfera B : Biosfera

    FUSION DENIEVES

    CONGELAMIENTOY FUSION DEHIELO MARINO

    PREC

    IPIT

    AC

    ION

    EVA

    POR

    AC

    ION

    GLACIARES

  • Earth System ScienceFenmenos

    Astronmicos

    Radiacin

    SOL

    Hidrosfera

    Criosfera Biosfera

    Antroposfera

    LitosferaTierra slida

    Atmosfera

    TIERRA

    Prdida de calor

    El clima es consecuencia del vnculo queexiste entre la atmosfera, la hidrosfera, lascapas de hielos (criosfera), los organismosvivientes (biosfera), los suelos, sedimentos y rocas (litosfera) y el hombre (antroposfera).

    Slo si se considera al sistema climtico bajo estavisin holstica, es posible entender los flujos de materia y energa en la atmosfera y finalmentecomprender las causas del cambio global .

    342 Wm-2

    235 Wm-2

    Reflejada107 Wm-2

    CLIMA desde el puntode vista del ESS

  • URUGUAYESTADSTICAS CLIMATOLGICAS 1961-1990Estadsticas mensuales, para el periodo 1961-1990 de temperaturas, lluvias, das con lluvia, presin, humedad relativa, presin de vapor, velocidad de viento, etc., segn 12 Estaciones Meteorolgicas:

  • mm/mes

    Las desviaciones tpicas de las precipitaciones mensuales son similares a la mediade cada mes del ao (Si bien cada mes del ao tiene una lluvia media de 100mm, cualquiermes puede llover ms de 300mm o que no se registren lluvias, de otra forma, Encontrar unao similar al ciclo medio anual medio de precipitacin tiene probabilidad cero).existe una alta incertidumbre en la disponibilidad mensual de agua

    J.L. Genta, N. Failache

    El Uruguay es un pais seco donde llueve mucho (Ing. Carlos M. Maggiolo)

  • OTD: Optical Transient Detector LIS: Lightning Imaging Sensor

    Uruguay: zona con fenmenos meteorolgicos severos

  • Supercelda en el Rio de la Plata, el dia 10 de marzo 2002, 13:30 hs

    Fotos: Ignacio Landini

    Nube arcusPunta delEsteDiciembre2001

    Zona donde los fenmenos severosconvectivos son ms frecuentes

    Nascimento & Doswell, 2004

    Supercelda en Pato BrancoParan, 24 noviembre 2003

    ULJ

    LLJ