Presin
Atmosfrica y
Vientos
Concepto de Presin
La atmsfera contiene una gran cantidad de molculas de gas que son atradas hacia la
Tierra por la fuerza de gravedad.
Estas molculas ejercen fuerza sobre todas las superficies con las que estn en contacto, y la
cantidad de fuerza ejercida por unidad de
superficie es la presin.
Medidas de presin
La unidad original para medir la presin atmosfrica es el mmHg.
La unidad estndar de presin es el pascal (Pa)
Los meteorlogos en USA usan los milibares (mb) que equivale a 100 Pa.
Un mb = 100 newtons por m2.
Los meteorlogos canadienses usan el kilopascal (kPa), que equivale a 1000 Pa, o 10
mb.
La presin media a nivel del mar es 1013.25 mb que equivale a 760 mmHg.
Qu es la presin
Imaginemos una caja cerrada
Las molculas se mueven ejerciendo
presin en las
paredes.
La presin puede aumentar por un
aumento en la
densidad de
molculas.
Un aumento en la temperatura.
La presin refleja la densidad y
la temperatura del gas
La ecuacin de estado (Ley de los gases ideales)
p = R T
donde p es presin expresada (Pa),
(rho) es la densidad del gas (kg),
R es una constante equivalente a 287 joules por kg por kelvin,
T es la temperatura en kelvins.
Que significa la ecuacin?
Si la densidad del aire aumenta mientras la temperatura se
mantiene constante la presin aumentar
Si la densidad aumenta y la temperatura incrementa la presin aumentar
pero en la atmsfera es distinto.
Porqu?
1. Temperatura vara con la altura
Tropopausa en Ecuador: 18km altura
Polo: 6km altura
2. Y porque esta compuesta por muchos gases
Cada gas ejerce una presin especfica segn su naturaleza: presin parcial
La presin total ejercida es la suma de todas las presiones parciales.
Nitrgeno: aprox. 760 mb
Oxgeno: aprox. 240 mb
Vapor de H2O: aprox. 10 mb
Ley de Dalton
El aire se mueve constantemente para generar un equilibrio entre
reas de alta y baja presin
Lo que experimentamos como presin
atmosfrica no es mas que la masa de aire
sobre nosotros empujada hacia abajo por la
fuerza de gravedad.
Presin en punto X = la masa
(peso) de la atmsfera en ese
punto
El peso del aire a nivel del mar es aprox.
10.000 kg por m2.
Instrumentos de medicin
El instrumento estndar de medicin de presin es el barmetro de mercurio inventado por Evangelista Torricelli en 1643 (peso del aire)
La presin baromtrica es
generalmente expresada como la altura de la columna de mercurio en el barmetro, usando de referencia aquella a nivel del mar que es de 76 cm aprox.
Barmetro aneroide: sin liquido /cmara comprimible con poco aire (semivaco).
Funcionamiento: el peso de la atmsfera comprime la cmara y esta compresin es proporcional a la presin del aire.
Cuando stos toman medidas continuas por largos periodos, se llaman bargrafos.
ALGUNAS DEFINICIONES
La presin superficial: presin observable en un lugar determinado
La presin a nivel del mar: presin observable si el punto estuviese al nivel del mar.
La presin a nivel del mar nos sirve de punto de comparacin para presiones a distintas
elevaciones.
Presin y elevacin
Dado que la presin atmosfrica es respuesta al peso de la atmsfera, esta siempre decrece con la altitud.
La presin NO decrece a una tasa constante.
Disminuye exponencialmente con la altura.
Decrece ms rpido en bajas que a altas elevaciones.
50% de la masa total de aire se encuentra por debajo de los 5 km.
Distribucin de presiones
La distribucin de las presiones (a nivel del mar) en el planeta, es una caracterstica atmosfrica variable (100mb max)
Para visualizar esta distribucin los meteorlogos grafican lneas que se llaman isobaras.
Isobaras: lneas que conectan puntos que tienen la misma presin (normalizadas) a nivel del mar
Los lugares que estn entre dos isobaras tienen valores de presin dentro del rango de presin de las isobaras adyacentes.
Qu provocan estos centros de
presin
Si el aire de una regin ejerce mayor presin que el aire en una regin adyacente, el aire que esta en la regin de alta presin se deslazar hacia la zona de baja presin,
Que sera ese
movimiento de
aire de H a L?
1. Isobaras estn descritas en intervalos de 4 mb
2. El espacio entre una y otra indica la intensidad del gradiente de presin entre
localidades (tasa de cambio de presiones: distancia y diferencia)) motor del mov de los vientos (velocidad + algo mas)
3. Agrupamiento denso de isobaras indica una fuerte gradiente de cambio de presin
(cambio rpido con la distancia) mientras que clusters menos densos indican un
gradiente dbil.
4%
y son
3000km
El gradientes de presin horizontal son en general pequeos entre un rea y otra
Si el aire se mueve de centros de
alta presin a centros de baja
presin..
Esto implica que el aire debera ir siempre
hacia arriba
Por que el aire no se escapa hacia la parte alta de la atmsfera y aun podemos
respirar?
La fuerza de gradiente de presin vertical y la fuerza de gravedad son
normalmente del mismo valor y operan
de direcciones opuestas.
Esto se llama:
EQUILIBRIO HIDROSTTICO
Presin y Temperatura
Altas temperaturas generan centros de baja presin
Bajas temperaturas generan centros de alta presin (por ej Anticicln del Pacfico)
Misma masa pero
menor densidad y
los 500mb estn
ahora en 5700m
Este cambio en
densidad producto del
calentamiento de la
masa de aire genera
que la columna fra
tenga mayor gradiente
de presin vertical
En el aire tibio la presin
atmosfrica baja a
500mb en 5700m
mientras que en el fro,
esa presin se alcanza a
los 5640m
Gradientes de presin horizontal en la atmsfera alta
Las diferencias de presin en relacin a una altura
dada, varan en relacin a la latitud (temperatura)
Presin y Latitud
Teora de las tres celdas Teora de la celda nica
Fuerzas que afectan la velocidad y
direccin del viento
La distribucin desigual de la presin atmosfrica la Tierra genera las gradientes de presiones horizontales que son el motor bsico del movimiento del aire en forma de viento (movimientos advectivos).
Si no hubiesen otras fuerzas, el aire siempre ira en direccin (recto) de mayor a menor presin.
La situacin no es tan simple producto de otros dos factores: Fuerza de Coriolis
Friccin
Efecto Coriolis
La rotacin de la Tierra genera la fuerza de Coriolis que
causa el desvo del viento hacia la derecha en el
Hemisferio Norte y a la izquierda en el hemisferio sur
La fuerza de Coriolis es cero en el ecuador e incrementa
con el aumento de la latitud hasta ser mxima en los
polos.
La fuerza de Coriolis aumenta proporcional al aumento
de la velocidad del objeto sobre el cual est actuando,
sin embargo, sta fuerza slo puede cambiar la
direccin del movimiento de un objeto pero nunca su
velocidad.
Si un objeto se mueve en una base rotatoria en sentido antihorario
0 en el Ecuador y muy alta en los Polos
Los centros de alta presin
expulsan el aire mientras que los de baja presin los atraen
Efecto de Coriolis sobre los centros de presin
en el hemisferio norte y sur
Como sale Como ingresa
El aire en contacto con la superficie experimenta roce
por lo cual decrece la velocidad del viento.
Donde se dan las mayores velocidades del viento?
La friccin es muy importante en los 1.5 km ms bajos
de la atmsfera.
El aire en la atmsfera libre, sobre los 1,5 km casi no
experimenta friccin.
Friccin
Medicin estndar 6 m de altura
La influencia de la friccin y la fuerza de Coriolis en el movimiento de las masas de aire cuando hay una gradientes de presin horizontal, la defini Newton con su segunda ley
Esta ley dice que la aceleracin
de una parcela de aire depende
de la fuerza neta que acta sobre
ella, por lo tanto necesitamos
considerar todas las fuerzas
juntas y considerar su magnitud y
direccin.
La ecuacin del movimiento
v / t = Fp + Fc + Ff
Fp es la gradiente de presin,
Fc efecto Coriolis,
Ff friccin.
La ecuacin nos dice que la aceleracin de
una masa de aire es la suma de todas las
aceleraciones de estas tres fuerzas.
Ciclones y Anticiclones
Movimiento estacional debido a la distinta exposicin
verano invierno
Presin atmosfrica en el mes de enero
Presin atmosfrica en el mes de julio
Cul de los dos se ajusta mejor?
Las corrientes marinas en relacin
a los vientos globales
Las reas de alta presin
delimitadas por isobaras o
contornos de altura de presin
circulares se llaman
anticiclones.
Cerca de la superficie, el viento
rota en sentido horario alrededor
de los anticiclones en el
hemisferio norte porque la
fuerza de Coriolis los dirige
hacia la derecha y el gradiente
de presin los empuja hacia
afuera del centro (alta presin!)
En la parte alta de la atmsfera
fluye paralelo a los contorno de
altura
En el Hemisferio Sur el flujo es
contra horario.
ANTICICLONES
Un anticicln trmico es el descenso de una masa de aire debido a que est ms fra que el entorno. Se
produce cuando el aire desciende por enfriamiento,
aumenta la presin atmosfrica, y la prdida de
temperatura es mayor en las capas bajas que en las
altas, provocando una inversin trmica. Provocan un
tiempo seco, soleado y fro.
CICLONES
Los centros cerrados de
baja presin se llaman
ciclones.
Los espirales de aire van
en direccin antihorario
hacia la superficie en el
Hemisferio Norte y rotan
antihorario en direccin
hacia arriba
En el hemisferio sur
ocurre lo contrario
Circulacin general de la
Atmsfera
Anticicln del Pacfico
Frente a las costas del norte de Chile, entre los 20 y 30 de latitud sur.
Centro de alta presin.
Masa de aire seco.
Durante el verano se desplaza hacia el sur hasta los 45 de latitud sur, y retrocede en invierno a la altura de Curic.
La influencia del anticicln en el clima y tiempo de Chile es muy fuerte.
Garreaud 2009
Masas de aire sub
tropicales y cinturn
de bajas presiones
(vientos alisios)
Vientos del Oeste o
westerlies
empuja los
vientos del oeste
y no los deja
pasar al norte
(modificado de
Houston & Hartley 2003)
(Vuille & Keimig 2004, en Placzek et al 2009)
Zona de convergencia intertropical y su efecto en las lluvias
del norte Las lluvias del altiplano vienen del
subtrpico (vientos alisios)
cargados de humedad, mientras
que hacia la zona de Copiap al
sur, las lluvias (en verano), son
producto de los Vientos del Oeste
Cuando el anticicln se
desplaza hacia el
norte (invierno) deja
subir esos vientos que
estn cargados de
agua y tenemos lluvia
en la zona centro norte
y sur de Chile
Diagonal rida
El anticicln evita la
entrada de vientos del
oeste que traen agua
En el sur, estos llegan
y al chocar con la
cordillera de los Andes
descargan el agua y
pasan secos a
Argentina
Los Vientos
Huracanes/Tifones/Ciclones
Huracanes: Sobre el Atlntico y Pacfico este
Tifones: Sobre el extremo del Pacfico oeste
Ciclones: Ocano Indico y Australia.
Sistema de tormentas caracterizado por una circulacin cerrada
alrededor de un centro de baja presin y que produce fuertes
vientos y mucha lluvia. Se forman sobre superficies clidas y
extraen su energa de la condensacin de aire hmedo (calor
latente).
Gradientes horizontales extremas:
huracanes
50 mb menos
que el exterior
del huracn a
solo 300 km
En otras palabras.los cambios en la gradiente
horizontal de presiones
en un huracn pueden
ser de 1mb cada 6 km.
El cicln (centro de baja presin) sobre aguas ocenicas que tengan por lo menos 26.5 C. Los huracanes obtienen su energa del agua caliente de los trpicos y del calor latente de la condensacin (esto libera energa)
El aire caliente asciende enfrindose por la atmsfera (que disminuye su temperatura con la altitud y adems por liberacin del calor latente)
El cicln no se formar a menos de 500 kilmetros del ecuador debido a que la fuerza coriolis es demasiado dbil (necesita girar con velocidad).
Debe estar presente un rea de alta presin en la atmsfera superior por encima de la tormenta en formacin. En tales reas de alta presin, el aire sopla hacia afuera. Esto empuja el aire que se eleva en la tormenta, lo que provoca que todava ms aire se eleve desde niveles inferiores.
Tornados o remolinos
Un tornado es una violenta, y destructiva columna rotativa de aire en
movimiento la en contacto tanto con la superficie de la tierra y una
nube de cumulonimbos
Las velocidades del viento van de 64 km/h a 177 km/h, midiendo
aprox. 75 m . Se desplazan durante varios kilmetros antes de
disiparse.
Algunos extremos alcanzan 480 km/h y permanecen en tierra durante
ms de 100 kilmetros.
Elementos: tiempo inestable, centro de baja presin, masa de aire fro
y seco con tendencia descender y otra clida y hmeda que asciende.
El choque trmico de los dos frentes origina una poderosa tormenta y
con ella una visible nube espesa de desarrollo vertical llamada
cumulonimbo hasta el suelo formando el tornado.
Supercell
Algunos vientos locales
Brisa marina y terrestre
Se genera por el calentamiento dispar de la superficie terrestre y la superficie del mar.
El continente se calienta ms rpido que el mar. Cerca del medioda: se genera baja presin en
el continente y alta en el mar lo que hace fluir el viento del mar al continente. Viento travesa
Cerca del amanecer: continente se enfra ms rpido y se origina un centro del alta presin generando que el viento sople en direccin al mar. Brisa terrestre
Tienen curso diario
Puelche o Puihua Viento clido originado en la zona patagnica de
Argentina (Pampero).
Al cruzar la cordillera se eleva y enfra y comienza a descender por la cordillera de los Andes a Chile
producindose una gran compresin lo que libera
energa.
Esta energa se traduce en aumento de temperatura por sobre la media normal.
Es un viento muy secante!!! (apoyo riego cultivos).
Tiene equivalentes en otras partes montaosas del mundo. Mistral y Levante en Espaa, Fhn en Suiza
y sur de Alemania, Chinook en Alaska y Northern en
Estados Unidos; Bura en Rusia, etc.
Vientos
de valle
y de
montaa
Tambin tienen curso diario
Mediciones del viento
Velocidad y direccin del viento son aspectos que
TODA estacin
metereolgica puede
medir.
Para esto se usa una veleta (direccin) y un
anemmetro (velocidad)
Velocidad promedio, rfaga, direccin
La rosa de los
vientos nos
muestra los
grados de
desviacin del
norte
representando
el norte como
0 o 360
Direccin del viento
Velocidad del Viento Los anemmetros
poseen una especie
de bolas abiertas
unidas a un eje que
da vueltas y esto
genera corriente.
La potencia de la
corriente es
proporcional a la
velocidad del viento
la cual es ploteada
en un grafico o bien
guardada
electrnicamente en
un computador.
Aerovanes miden la velocidad y la
direccin del viento
en el mismo
instrumento.
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