Postıtulo del Primer Ciclo de Educacion Basica.

Modulo de Ciencias NaturalesCapıtulo de Ciencias de la Tierra y el Universo

Apunte del Tiempo Atmosferico

1. Introduccion

El tiempo atmosferico se desarrolla principalmente en la atmosfera terrestre e intervienen muchos elementos en ella,como la precipitacion, viento, humedad, etc. El tiempo atmosferico es muy complejo de estudiar pues involucra muchosfactores y tiene una variablidad horario muy pequena, es decir puede cambiar en minutos.La atmosfera terrestre es importante para la vida en la Tierra, forma parte de todos los ciclos (agua, oxıgeno, carbono, rocas, etc.) y nos protege de la radiacion y meteoritos del espacio exterior. En este apunte se dan sus principalescaracterısticas de la atmosfera y tiempo atmosferico.

2. La atmosfera terrestre

La altura de la atmosfera de la Tierra alcanza los 10000 km, aunque mas de la mitad de su masa se concentra en losprimeros 6 km y el 75 % en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria. La masa de la atmosfera es de5,26 × 1018 kg y su densidad media es 1,29 kg/m3. La atmosfera terrestre protege la vida de la Tierra, absorbiendo en lacapa de ozono parte de la radiacion solar ultravioleta, y reduciendo las diferencias de temperatura entre el dıa y la noche,y actuando como escudo protector contra los meteoritos [2].

2.1. Composicion de la atmosfera

Los principales gases que componen la atmosfera son [2]:

Nitrogeno (N2): 78 % total del aire. Es un gas que no reacciona con casi ninguna otra sustancia (inerte) y apenas sedisuelve en agua.

Oxıgeno (O2): 21 % del total. Es un gas muy reactivo, se combina con otras sustancias oxidandolas. Permite que loscombustibles ardan y se disuelve en agua.

Dioxido de carbono (CO2): 0, 033 % del total. Producido por la combustion de los combustibles fosiles y la respiracionde los animales. Es soluble en agua.

Otros gases presentes son:

Gases nobles: Argon (Ar) 0, 93 %; Kripton (Kr) 0, 000114 %; Neon (Ne) 0, 00182 %; Helio (He) 0, 000524 %.

Hidrogeno y metano.

El vapor de agua (H2O) se encuentra hasta un 4 %. Su proporcion depende de la zona de la superficie terrestre y dela temperatura de la atmosfera.

Figura 1: Principales gases en la atmosfera

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2.2. Capas de la Atmosfera de la Tierra

Como hemos comentado anteriormente, a medida que ascendemos, nos vamos encontrando con las distintas capas quetiene la atmosfera. Cada una con su composicion, densidad y funcion. La atmosfera posee cinco capas: La troposfera,estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera [3]

Figura 2: Capas de la atmosfera.

2.3. Propiedades fısicas de la atmosfera

1. Presion atmosferica: concepto, unidad de medida e isobara. Es la fuerza ejercido por la masa de aire atmosfericosobre la superficie terrestre. Casi la totalidad de la masa de la atmosfera se encuentra en los primeros kilometros porencima de la superficie terrestre (debido a la fuerza de atraccion gravitatoria sobre los gases), por lo que la presionatmosferica disminuye rapidamente con la altura, por ejemplo en los primeros 5 km de altura se encuentra el 50 % desu masa y a los 15 km de altura se encuentra el 95 % de su masa. El valor de esta presion se mide con el barometro.A nivel del mar es 1 atmosfera o 1013 milibares o 101300 Pascal o 1013 hPa (hectopascales), y es equivalente alpeso de una columna de mercurio de 760 mm de altura y un cm2 de base. En los mapas meteorologicos, la presionatmosferica suele representarse mediante las isobaras, que son lıneas que unen los puntos de igual presion [4].

Figura 3: Variacion presion atmosferica con la altura.

2. Temperatura: variacin de la temperatura en funcion de la altitud (se repetira en la estructura de la atmosfera). Elaire de la troposfera se calienta a partir del calor emitido por la superficie terrestre. La temperatura es maxima enla superficie terrestre, alrededor de 15◦ C de media, y a partir de ahı comienza a descender con la altura segun unGradiente Termico Vertical (GTV) de 6, 5◦ C de descenso cada km que se asciende en altura (la temperatura baja0, 65C cada 100 m de altura) hasta llegar a −70◦ C a los 12 km de altura. A partir de aquı, la temperatura asciendecon la altura hasta llegar proximo a los 0◦ C en los 50 km. Este incremento de temperatura esta relacionado con laabsorcion por el ozono de la radiacion solar ultravioleta. De los 50 a los 80 km de altura, la temperatura disminuyehasta alcanzar los −140◦C; a partir de aquı, la temperatura va ascendiendo en altura al absorber las radiaciones dealta energıa, pudiendo alcanzar mas de 1000◦C a unos 600 km de altura; a partir de aquı la baja densidad de gasesimpide la transmision del calor y carece de sentido hablar de temperatura [4]. Curiosidad: el calor es el paso deenergıa de un cuerpo que esta a mas temperatura a otro cuerpo que esta a menor temperatura.

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Figura 4: Variacion temperatura con la altura.

3. Tiempo atmosferico

Figura 5: Diferencia entre tiempo y clima.

El estado de la atmosfera cambia constantemente. Hay cambios bruscos que suceden en unas horas y procesos largosque duran cientos o miles de anos. Cuantas veces hemos escuchado: “El Clima indica para hoy una temperatura maximade 14◦, cielo parcialmente nublado y chance de lluvias...”ERROR! No es lo mismo tiempo atmosferico que clima!Definimos tiempo atmosferico como las condiciones meteorologicas que definen el estado de la atmosfera en un momentodado para un determinado lugar. Indicamos temperatura, humedad, viento, nubosidad, fenomenos meteorologicos, entreotros [3].Para clarificar los conceptos: El CLIMA es el TIEMPO PROMEDIO para un determinado lugar. Se define por logeneral para un mes o una estacion del ano, y considera el promedio de los datos del tiempo de 30 anos (en algunascircunstancias el plazo puede ser de 10 anos) [3]. El pronostico del tiempo indica los cambios en tiempo, no cambios delclima. Por eso es pronostico del tiempo.

Figura 6: Clasico meme aplicado a la diferencia entre tiempo y clima.

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3.1. Elementos y factores del tiempo atmosferico

En el esquema se muestra los elementos y factores que influyen en el tiempo atmosferico.

Elementos Factores

Temperatura

Presion

Humedad

Precipitacion

Viento

Latitud

Altitud

Relieve

Corrientes marinas

Influencia del mar

Influyen

3.2. Elementos del tiempo atmosferico

Los elementos del tiempo atmosferico son los fenomenos meteorologicos que se producen en la atmosfera y explicantanto el tiempo como el clima de un lugar. Estos son: la temperatura, la humedad, la presion atmosferica, el viento y lasprecipitaciones [3].

a. Temperatura: es una medida de la energıa interna que posee la atmosfera. Las escalas terperatura son mas utilizadasson los grados Celsius y los grados Fahrenheit. En los mapas climaticos, la temperatura se grafica mediante lasisotermas que son lıneas de igual temperatura.Los instrumentos utilizados para el estudio de la temperatura son el termometro, con el cual se mide, y el termografocon el cual es registrada.

Figura 7: Mapa de distribucion de temperatura maxima en America del Sur.

b. Viento es el movimiento del aire en la atmosfera . El aire se desplaza constantemente de forma horizontal en laatmosfera, arrastrando nubes e influyendo en la temperatura, pues tambien mueve masas de aire. Los distintos tiposde viento se caracterizan por su direccion y su velocidad, estos se miden con veleta y anemometro respectivamente.

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Figura 8: Direccion e intensidad del viento en superficie en America del Sur.

c. Humedad: es la cantidad de vapor de agua que existe en la atmosfera. La superficie de los oceanos es la fuenteprincipal de la humedad del aire pues aquı se evapora el agua en forma constante, contribuyendo tambien a suformacion los rıos, lagos, nieve, glaciares. Cuando hay mucha humedad, el vapor forma pequenas gotas de agua queforman las nubes y la niebla.La humedad relativa, es la que hace referencia a la proporcion de vapor de agua en relacion a la cantidad total demoleculas de aire, llegando a un punto de saturacion en la cifra del 100 %. Los instrumentos que registran la humedadson el higrometro y el psicrometro.

Figura 9: Mapa de contornos de humedad en America del Sur.

d. Presion atmosferica: es la fuerza que ejerce la masa de aire de la atmosfera sobre la superficie terrestre. La unidadque se utiliza para expresarla son los milibares (o hectopascales).

Figura 10: Mapa de isobaras de America del Sur.

e. Precipitacion es el agua que cae sobre la superficie terrestre en forma lıquida o solida y son el resultado de unproceso que es generado por el enfriamiento de masas de aire humedo debido a la ascension, y a la presencia de nucleosde condensacion o de congelacion, los que atraen moleculas de agua y originan las precipitaciones. Las precipitaciones

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se categorizan de acuerdo a la forma en que la masas de aire que las origino se elevaron en la atmosfera; por ello seclasifican en convectivas, ciclonicas, y orograficas. La cantidad de precipitaciones caıdas en el perıodo de un ano enun territorio determinado, da origen al ındice de pluviosidad, el que se expresa en milımetros por metro cuadrado;para obtener este importante indicador se recurre al pluviometro, y para su representacion al pluviografo.

Figura 11: Mapa de distribucion de precipitacion de America.

3.3. Factores del tiempo

Los factores del tiempo son las condiciones existentes en un lugar , que provocan el desarrollo de un clima condeterminadas caracterısticas. Estos factores son: la altitud, la latitud, la influencia del mar y el relieve [2].

a. Latitud: es la distancia desde un punto determinado del planeta a cualquier punto del Ecuador. La latitud tambienva a influir en la temperatura, ya que cuanto mas proximos nos encontremos al Ecuador, las temperaturas seran masaltas, y conforme nos alejamos hacia los polos las temperaturas seran mas bajas.

b. Altitud: Es la distancia de un punto en relacion al nivel del mar. Este factor influye sobre la temperatura y sobre lapluviosidad o lluvia. Al aumentar la altitud la temperatura disminuye aproximadamente en un grado cada 180 metros.Esto sucede porque en las zonas de menor altitud el aire es mas denso y es capaz de retener el calor, mientras queen las zonas mas altas, esto no sucede y las temperaturas descienden.

c. Relieve Influye en las zonas mas montanosas, es decir, que estan mas elevadas, son mas corrientes las precipitacionesen forma de lluvia, nieve o niebla. Las masas de aire que chocan con los cordones cordilleranos se elevan, disminuyendosu temperatura con la altura. Si el aire va cargado de vapor de agua, se generan precipitaciones. Despues de atravesarel cordon montanoso las masas de aire han perdido toda su humedad, generando climas mA¡s secos.

d. Influencia del mar: El mar actua como modelador de la temperatura, ya que se enfrıa lentamente suavizando elcalor de las costas que bana. Las temperaturas varıan menos entre el dıa y la noche.

e. Corrientes marinas: Son corrientes que trasladan masas de agua a lo largo de los oceanos y a grandes distancias.Las aguas que provienen de lugares muy lejanos enfrıan o entibian el aire de las regiones que circundan, incidiendoen las presiones, en la humedad y en los seres vivos que habitan esas aguas.

f. Vegetacion: La vegetacion actua como un moderador termico, evitando las grandes oscilaciones de temperatura.Contribuyen a generar mayor humedad en el aire y actuan como filtro de la radiacion solar.

3.4. Nubes

3.4.1. Que son y como se forman las nubes

Si miras al cielo las puedes ver sin problema, nos referimos a las nubes. Casi siempre presentes, de mayor o menortamano, mas altas o mas bajas. Con infinidad de formas que, en ocasiones, nos invitan a imaginar que son otra cosa. Pero,¿que son las nubes? Son un tipo de hidrometeoros, un fenomeno compuesto por partıculas de agua. Pero no estan ahı porcasualidad, forman parte de todo un proceso meteorologico y climatico. Ademas, tienen una funcion muy importante parala vida en el planeta [1].

3.4.2. Como se forman las nubes

La superficie terrestre esta recubierta en un 70 por ciento de agua. El Sol, calentando los mares, los rıos, los lagos ylos estanques, provoca la evaporaciın de una gran cantidad de agua.Al mismo tiempo, las plantas verdes absorben la humedad del terreno y la introducen en el aire, a traves de las hojas,bajo la forma de vapor acuoso. Basta pensar que un solo arbol de manzanas, en el transcurso de seis meses, emana en el

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aire 6800 litros de agua.Este aire humedo y caliente producido en la superficie se eleva a la atmosfera, y subiendo, poco a poco, se enfrıa. En uncierto punto el vapor acuoso se condensa en microscopicas gotitas.

Figura 12: Descripcion procesos de formacion de las nubes.

Las nubes estan constituidas precisamente por estas gotitas. Las nubes se forman tambien de otras maneras: porejemplo, cuando una masa de aire humedo y caliente se eleva a lo largo de la pendiente de una montana, la humedad setransforma en nubes.Las nubes se pueden formar tambien cuando una masa de aire caliente y humedo roza un estrato de aire frıo que se halladebajo: el aire caliente se enfrıa y se produce la condensacion [1].

3.4.3. Tipos de nubes

Las nubes son muy diferentes entre sı por lo que hace referencia a la forma, magnitud y color. Veamos los tiposprincipales:

Cumulos: tienen un aspecto hinchado, lleno (cumulo quiere decir monton) y son originados por corrientes de aireascendentes. Se forman normalmente durante el dıa y se disuelven de noche. En general son un signo de buen tiempo.

Estratos: son nubes muy largas, horizontales, de color gris.

Cirros: son nubes sutiles, ligeras, blancas. Estan formadas por cristales de hielo y se encuentran a alturas superioresa los 7500 metros

Ademas de estos tipos de nubes, hay otros que poseen caracterısticas mixtas: se distinguen ası los cirrocumulos, loscirroestratos y los estratocumulos. Cuando una nube es portadora de lluvia, se la define como nimbo.Ası, los cumulos que generalmente, como hemos dicho, son sinonimo de buen tiempo, en algunos casos pueden cargarsede lluvia: entonces son llamados cumulonimbos. Analogamente, los estratos portadores de agua son definidos comonimbostratos [3].

Figura 13: Tipos de nubes.

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3.4.4. Por que hay nubes bajas y nubes altas

Conociendo la naturaleza y el mecanismo de formacion de las nubes, es fcil explicar por que se desplazan por el cieloa mayor o menor altura.Estas grandes masas de vapor acuoso concentrado se encuentran a la merced de los vientos, pero su vida depende sobretodo de las condiciones de la atmosfera (puedes ver como se forman los vientos).Si la temperatura del aAre es bastante elevada incluso a grandes alturas, el vapor puede seguir subiendo y alcanzar cotasexcepcionales sin llegar a enfriarse hasta el punto de transformarse en lluvia.Sı por el contrario, las nubes tropiezan con corrientes de aire frıo a alturas relativamente bajas, entonces el vapor secondensa, se hace mas pesado y no sigue ascendiendo.Debes saber que cuando las nubes son tan bajas que casi estan en contacto con la tierra, es lo que se denomina niebla.Como es logico, en este fenomeno tambien influye mucho la presion atmosferica. Pero el hecho de que las nubes subanmas o menos en la atmosfera se debe, precisamente, al complicado juego de equilibrios entre la temperatura del aire, lapresion, el grado de condensacion y el peso especıfico del vapor [1].

Figura 14: Nubes segun altura.

3.5. Viento

Respecto a la definicion de que es el viento (del latın ventus) se puede decir que es una gran corriente de aire quese crea en la atmosfera, a gran escala y por causas naturales.Para hacerlo mas sencillo, debes quedarte con la idea de que el viento es aire en movimiento. Un gran flujo de aire quese mueve debido a diversas circunstancias atmosfericas, por la accion del calor del Sol y los movimientos de traslacion yrotacion de la Tierra [3].

3.5.1. Como se forma el viento

Vamos a ver con detalle como se origina el viento. La superficie terrestre, por efecto de las radiaciones solares, secalienta, y como consecuencia lo hace tambien el aire en contacto con el suelo. El aire caliente, se dilata, se vuelve masligero, y luego se eleva. Algo que aprovechan unos aviones que son capaces de volar sin motor.Su sitio es ocupado por otro aire mas frıo, y por lo tanto, mas pesado. El aire caliente, al elevarse, se enfrıa y vuelve adescender. Al volver a estar en contacto con el suelo se calienta de nuevo y el ciclo se repite.Ahora, teniendo presente el hecho de que el aire frıo pesa mas (y por tanto tiene una presion mayor) que el caliente,hagamos otra observacion. No todos los tipos de superficie terrestre se calientan en igual medida bajo los rayos solares.Una montana rocosa se calienta mas rapidamente que un bosque, y de noche pierde mas pronto el calor de la mismamanera una playa arenosa absorbe durante el dıa una mayor cantidad de calor que la del mar, pero de noche lo dispersacon mayor rapidez.Ocurre por tanto que de dıa, en el mar, el aire es mas frıo que en la playa, esto es, tiene mas presion: por consecuencia elaire marino empuja hacia la tierra, donde hay una presion menor, y se traslada allı.Este movimiento de aire, que causa el viento (en estas condiciones llamado brisa marina), cambia de direcciın por la noche:en la tierra el aire es mas frıo, por eso empuja hacia el mar.El mismo fenomeno ocurre entre una montana rocosa y el bosque que esta debajo. De dıa el aire del bosque es mas frıo,por lo que el viento sopla hacia la montana, de abajo hacia arriba; de noche, cuando la roca se enfrıa, el aire desciende [3].

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Figura 15: Esquema del metodo para producir viento debido a diferencias de temperatura y presion.

3.5.2. Como se mide el viento

Entre las distintas caracterısticas del viento, son dos las que mas interesan: la direccion y la velocidad. Para averiguarla direccion del viento se usan simples veletas metalicas en forma de saeta, gallo o avion, que miran habitualmente endireccion contraria de la que procede el viento.Otro instrumento que sirve para dar una indicacion “al ojo” de la direccion y de la intensidad del viento es la manga deviento, que se usa sobre todo en los aeropuertos. Es una especie de tubo de tela abierto por dos lados y suspendido encimade un palo [3].

3.5.3. Mangas de viento para su medicion

Si no hay viento, la manga permanece en posicion vertical; cuando el viento sopla, se pone en posicion mas o menosoblicua. Cuando el viento es muy fuerte, la manga permanece levantada paralelamente al terreno.Para medir la velocidad del viento se usa un instrumento mas complejo: el anemometro. Para determinar la intensidaddel viento se emplea la escala Beaufort.Una especie de molinete con un cuentagotas (analogo al que indica la velocidad en los automoviles).El viento hace girar el molinete y de este modo empieza a funcionar el contador. De este modo nos mediante un mecanismointerno, nos ofrece la velocidad a la que sopla el viento en tiempo real.Actualmente existen los anemometros digitales, que pueden recoger los datos y elaborar precisas graficas e historicosy enviarlos a los centros meteorologicos en tiempo real.

Figura 16: Medicion direccion del viento utilizando mangas.

3.5.4. Tipos de viento

Ademas de las brisas de los mares y de los montes, otros vientos periodicos, muy frecuentes sobre todo en Asiameridional, son los monzones, originados por los movimientos de aire entre masas continentales y oceanos. El fenomeno esanalogo al de las brisas; cambia unicamente el ciclo, que en los monzones se produce a causa del cambio de las estacionesy no del de la noche al dıa. Vientos constantes (que soplan siempre en la misma direccion) son en cambio los alisios: suinfluencia se extiende por toda la Tierra. En determinadas condiciones, los vientos pueden levantarse en remolino: asıtienen origen las terribles trombas de aire (se llaman trombas marinas si se producen en el mar y tornados si se formensobre tierra firme), que con su velocidad de rotacion devastan todo lo que encuentran en su trayecto. Vientos increıblementevertiginosos son tambien los ciclones tropicales, causantes de los tremendos tifones del oceano Indico y de los no menosviolentos huracanes que se desarrollan frecuentemente a lo largo de las costas del golfo de Mexico y de las Antillas [3].

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Figura 17: Tipos de viento, en la imagen un tornado.

3.6. Instrumentos de medicion

Los instrumentos que suelen utilizar para la recogida de datos son: anemometro, barometro, pluviometro, termome-tro y veleta.

a. El anemometro es un aparato que se utiliza para la prediccion del tiempo y mide la velocidad del viento.

b. El barometro es el aparato con que se mide la presion atmosferica y son fundamentales para las prediccionesatmosfericas.

c. El pluviometro se recogen y miden en las estaciones atmosfericas las precipitaciones caıdas en forma de lluvia,nieve o granizo, durante un perıodo de tiempo determinado.

d. El termometro permite conocer la temperatura que hay en un momento determinado. Se recoge en las estacionesmeteorologicas al menos una vez al dıa y senala las temperaturas maximas y mınimas que se dan a lo largo del dıa.Con estas dos temperaturas, se puede calcular la temperatura media.

e. La veleta indica la direccion del viento. Se suele colocar en lugares elevados y dispone de una cruz horizontal conlos puntos cardinales.

4. Referencias

[1 ] Scaife, A. 50 Lecciones breves de meteorologıa. Acontecimientos y fenomenos. Editorial Blume.

[2 ] Levi, M. La Tierra y sus recursos. Una nueva geografıa general visualizada. Editorial Cultural Venezolana, S. A.1981

[3 ] Rodrıguez, R., Benito, A., Portela, A. Meteorologıa y climatologıa. Unidad didactica. Editorial Fundacion Espanolapara la ciencia y la tecnologıa. 2004.

[4 ] Ahrens, C. D. Meteorology Today. An introduction to weather, climate, and the enviroment. Editorial Books/ColeCengage Learning. 2009.

5. Figuras

Fig. 1: Distribucion gases en la atmosfera. Elaboracion propia. Datos [2].

Fig. 2: Capas de la atmosfera. Obtenida de pagina web “Geografıa”https://lageografia.com/geografia-fisica/atmosfera

Fig. 3: Variacion de la presion atmosferica con la altura.https://es.dreamstime.com/foto-de-archivo-libre-de-regal %C3 %ADas-diagrama-de-la-presi %C3 %B3n-atmosf %C3 %A9rica-contra-altitud-image12436225

Fig. 4: Variacion de la temperatura con la altura.http://meteolab.fis.ucm.es/meteorologia/contaminacion-atmosferica-inversion-termica

Fig. 5: Diferencia entre clima y tiempo. La imagen de la climatologıa proviene de https://francis.naukas.com/tag/climatologia/y la imagen de tiempo proviene de https://educacion.uncomo.com/articulo/cual-es-la-diferencia-entre-tiempo-y-clima-24275.html

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Fig. 6: Meme. Fuente de MeteoChile Blog.

Fig. 7: Mapa de distribucion de temperatura en America del Sur. isotermas. http://meteo-practica.blogspot.com/2010/08/temperaturas-maximas-previstas-para.html

Fig. 8: Mapa direccion e intensidad viento en superficie. http://www.dirmaer.com/modelo/viento-superficie-SA.html

Fig. 9: Mapa de contornos de humedad en America del Sur. http://cx1hl.blogspot.com/2013/05/informacion-regional-sudamerica-tiempo 11.html

Fig. 10: Mapa de isobaras en America del sur. Direccion meteorologica de la Armada de Chile.

Fig. 11: Distribucion de precipitacion en America. http://expedicionaula.blogspot.com/2014/03/

Fig. 12: Fuente J. Gomez S.

Fig. 13: Nubepedia. https://www.pinterest.cl/pablobg03/tipos-de-nubes/

Fig. 14: Nubes segun altura. https://www.pinterest.cl/pin/398076054532717014/?lp=true

Fig. 15: Esquema de como se produce el viento. https://okdiario.com/curiosidades/como-produce-viento-546373

Fig. 16: Mangas para medir direccion del viento. https://www.curiosfera.com/que-es-el-viento-formacion-tipos/

Fig. 17: Tornado. https://www.tripsavvy.com/tornadoes-in-minneapolis-and-st-paul-2370016

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