Atmósfera: Capas, Variables, Clima, Presión y Temperatura

La Atmósfera Terrestre

Introducción

Atmósfera: Capa gaseosa que cubre la Tierra. Se extiende desde la superficie terrestre hasta una distancia de 1000 km. Se divide en 5 capas. Contiene vapor de agua.

Capas de la Atmósfera

Atendiendo a la variable de la temperatura, se distinguen las siguientes capas:

Troposfera

• Altura aproximada: 13 km.
• Espesor variable: Ecuador 16 km; Polos 7-8 km.
• Contiene vapor de agua.
• Se producen la mayor parte de los fenómenos atmosféricos.
• La temperatura decrece a razón de 6,5º C/1000 m.
• Tropopausa: corriente en chorro.

Estratosfera

• Se extiende de 13 a 50 km.
• Temperatura: -40º hasta -3º.
• Contiene ozono.
• Aire menos denso.
• El ozono absorbe la radiación UV y calienta el aire.

Mesosfera

• Altura: 50-85 km.
• La temperatura disminuye con la altura.
• Valor mínimo de temperatura: -90º.
• Valor de presión: 1 hPa.

Termosfera

• La temperatura aumenta con la altura.
• Moléculas de O₂ absorben radiación solar.
• Altura: 85-500 km.

Exosfera

• Altura: 500-1000 km.
• Contenida dentro de la magnetosfera.
• Zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.
• Donde se encuentran los satélites de órbita polar y satélites artificiales.
• No hay temperatura. Densidad inapreciable.

Ionosfera

• Región de la atmósfera con gran cantidad de electrones.
• Los átomos se rompen por efecto de la radiación solar, formando parejas de iones.
• Los iones reflejan las ondas electromagnéticas.
• Altura: 60-500 km.
• Se divide en 3 capas: D (50-90 km), E (90-140 km), F (140-210 km).

Variables Atmosféricas

Más importantes: temperatura, densidad, presión, vapor de agua (H₂O).

Menos importantes: nubes, precipitación, vientos.

Tiempo y Clima

Tiempo: Condiciones atmosféricas en un instante y lugar determinado.

Clima: Acumulación de elementos meteorológicos diarios y estacionales de una región en un período de tiempo.

Presión Atmosférica

Presión: Fuerza por unidad de superficie. Peso de la columna de aire por unidad de superficie. La presión disminuye con la altura a razón de 1 hPa por cada 9 m de altura.

Medición

• Magnitud que se puede medir.
• Desde el siglo XVII, experimento de Viviani y Torricelli.
• En meteorología náutica se emplean barómetros de mercurio y aneroide, además del barógrafo.
• Se realizan 3 correcciones a un barómetro de mercurio: instrumental, temperatura y gravedad.

Unidades

• Atmósfera física: medición a nivel del mar, latitud de 45º y a 0º.
• Atm. f: un kilo sobre 1 cm².
• S.I.: la unidad es el Pascal (F/S).
• C.G.S.: la unidad es la baria (din/cm²).
• mb: 1000 dinas/cm².
• 1 mb = 1 hPa.
• 1 Newton = 100 gr. de peso.
• 1 atm = 101.325 Pa = 1.013 hPa.
• 1 hPa = 1 mb.

Conceptos

• Marea barométrica: variaciones regulares de la curva diaria de presión. Situación de inestabilidad = variaciones de la curva irregulares. Marea en regiones tropicales.
• Tendencia barométrica: variación de presión entre dos observaciones.
• Isobaras: líneas que unen puntos de igual valor de la presión.
• Isalobaras: líneas que unen puntos de igual tendencia barométrica.
• Isohipsas: representan el relieve en altura o geopotencial. Unen los diferentes puntos que presentan el mismo valor de la presión a diferentes alturas.
• Gradiente: diferencia de presión por unidad de distancia.
• Formas isobáricas: diferentes configuraciones de las isobaras en un mapa de superficie. Las isobaras solo se representan en mapas de superficie.
• Ley de Buys-Ballot: en el hemisferio norte, mirando al viento, el centro de bajas presiones está a la izquierda.

Formas Isobáricas

• Principales: anticiclones y depresiones.
• Secundarias: dorsal, U invertida, vaguada (forma de V), collado, puente anticiclónico, desfiladero, pantano barométrico (isobaras paralelas entre A y B).

Mapas de Altura

• 850 hPa - 1500 m.
• 700 hPa - 3000 m.
• 500 hPa - 5500 m.
• 300 hPa - 9000 m.
• 250 hPa - 10300 m.
• 200 hPa - 11800 m.

Presión y Temperatura

Ley de los gases de Gay-Lussac: la presión de un gas es función de la temperatura. La presión del aire cálido es mayor que la del aire frío.

Densidad

Densidad: cantidad de masa por unidad de volumen.

Ley de Boyle: la densidad aumenta y disminuye en relación directa con la presión e indirecta con la temperatura.

Temperatura

Concepto

Propiedad física que representa el mayor o menor grado de calor que presentan los cuerpos en un estado de equilibrio.

Magnitud numérica medible: dilatación de un líquido (mercurio).

Magnitud escalar relacionada con la energía interna de los cuerpos.

Temperatura Atmosférica

La atmósfera es el vehículo por el cual una máquina térmica (el Sol) transmite calor a un refrigerante (la Tierra).

La energía de la radiación se transmite en forma de ondas con propiedades eléctricas y magnéticas.

Las ondas se propagan en el vacío a 300.000 km/s.

La radiación terrestre es de onda larga y la radiación solar es de onda corta.

Transferencia de Calor

Formas de transferencia del calor:

• Conducción: contacto directo.
• Convección: movimiento vertical de masas.
• Advección: movimiento horizontal de masas.
• Radiación: mediante ondas electromagnéticas.
• Transferencia turbulenta.

Circulación General

La radiación solar no llega por igual a todos los puntos de la Tierra.

La circulación general es un mecanismo de equilibrio que contraresta el exceso de calor recibido por el ecuador y el déficit de calor que reciben los polos.

De cada 100 unidades de radiación solar: 43 son reflejadas por la Tierra y las nubes, y 57 son absorbidas por la Tierra, las nubes y la atmósfera.

Variación Diaria de la Temperatura

• Curva diaria: máxima a las 14 horas, mínima a las 06 horas.
• Líneas isotermas.
• Ecuador térmico: máxima temperatura anual.
• Variación anual de la temperatura, estaciones.

Continentalidad

Las zonas de la Tierra alejadas del mar presentan mayor valor de diferencias de temperatura debido a que el mar es más reticente que la tierra a perder calor.

Líneas Isotermas

Son aquellas que resultan de unir los puntos que presentan igual valor de la temperatura.

Ecuador Térmico

Línea que resulta de la unión de los puntos que presentan el mayor valor de la temperatura anual. Esta línea se traza meridiano a meridiano. No coincide con el ecuador geográfico y se debe a que el hemisferio norte presenta mayor continentalidad que el sur. La forma de la línea es ondulatoria.

Unidades de Temperatura

• Celsius.
• Fahrenheit.
• Rankine.
• Kelvin.
• Réaumur.
• Delisle.
• Newton.
• Rømer.

Conversión de Unidades

• ºC a ºF: F = 1.8C + 32.
• ºF a ºC: C = (F - 32) / 1.8.
• ºC a K: K = C + 273.
• K a ºC: C = K - 273.

Higrometría

Parte de la meteorología que trata el contenido de vapor de agua en la atmósfera.

El vapor de agua se encuentra en las capas bajas de la atmósfera.

El agua se encuentra en tres estados en la atmósfera.

La cantidad de vapor de agua depende de la temperatura.

Humedad

El agua se encuentra en tres estados en la atmósfera.

Fuentes del vapor de agua: océanos, mares, ríos, lagos.

Evaporación: agua en vapor.

Condensación: vapor en agua.

Factores que activan la evaporación: viento, temperatura.

Factores que la retardan: humedad del aire.

La evaporación es un proceso reversible.

Factores de Humedad

• Tensión de vapor (e): es la presión parcial que ejerce el vapor de agua contenido en el aire en un momento dado. Se expresa en mb.
• Tensión saturante (E): es la presión parcial que ejerce el vapor de agua en un recinto de aire saturado. Es función creciente de la temperatura.

Calor de Vaporización

La atmósfera es una máquina térmica.

El paso de líquido a vapor requiere energía.

El paso de vapor a líquido libera energía.

• Calor latente de vaporización: es el número de calorías necesarias para que 1 gramo de agua pase de líquido a vapor. 590 cal.
• Calor de condensación.

Índices de Humedad

• Humedad absoluta (a): cantidad de vapor en 1 m³ de aire.
• Humedad relativa (h): mayor o menor proximidad a la saturación. Es el cociente entre la tensión de vapor en el aire y la tensión máxima.

Punto de Rocío

Temperatura que necesita una masa de aire para alcanzar la saturación.

Se mide con un termómetro seco y uno húmedo.

Se utilizan tablas psicrométricas.

A mayor diferencia entre la temperatura del termómetro seco y la del húmedo, el ambiente es más seco.