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(S-1B)   Clima Global, Flujo Global del Viento

Clima y Latitud

    La distribución del calor del Sol sobre la superficie de la Tierra es bastante irregular. El calentamiento es más intenso cerca del ecuador, donde los rayos del Sol caen muy perpendiculares. Dicha luz del Sol, llegando con un ángulo muy pronunciado, calienta el terreno de una manera mucho más efectiva que cuando la luz están en un ángulo más paralelo, cuyo calor se distribuye sobre un área más grande (vea "El ángulo de los rayos del Sol").

    La mayoría del clima se determina de acuerdo a la forma en que el calor se distribuye. También depende de la inclinación del eje de la Tierra, el cual nos da las estaciones, y por la distribución de los océanos, los cuales almacenan el calor del Sol y moderan el clima. Las regiones retiradas del mar experimentan mayores extremos de calor y de frío, y también pueden ser más frías.

    Las tibias regiones tropicales son tradicionalmente las que están entre las latitudes 23.5° norte y sur, cuyas líneas de latitud se conocen también como el "trópico de cáncer" y el "trópico de capricornio." En cualquier lugar de esa región, que rodea al ecuador, existe por lo menos un día en el año, en el cual el Sol está directamente sobre nuestras cabezas. Y las regiones polares son las regiones que están hacia el polo de los círculos árticos (latitud 66.5°) en donde por lo menos un día en el invierno, el centro del Sol está debajo del horizonte. Esas son las regiones que experimentan una "noche polar" en el invierno, y las plantas difícilmente sobreviven allí. A mediados del verano, los días polares son muy largos, pero con el Sol cerca del horizonte, y sus rayos caen en un ángulo muy pequeño y su capacidad de calentar es mínima.

    La admisión de energía del Sol es lo que mueve al clima, pero la atmósfeta también juega un papel importante. El calor dado al suelo no se queda en donde fue puesto. Tarde o temprano el suelo tibio irradia de nuevo el calor en forma de luz infraroja. Esos rayos infrarojos, a su vez, no viajan muy lejos antes de ser reabsorbidos por los gases de invernadero, tales como el vapor de agua (vea S-1 La Luz Solar y la Tierra). Despues, dichas moléculas de gas de nuevo desprenden su calor, también en radiación infraroja, alguna de la cual consigue llegar a las partes superiores. Mediante tal cadena de absorción y de reemisión de calor, eventualmente, el calor es distribuído, como la luz en la niebla, hasta que alguna parte de dicho calor alcanza niveles desde donde puede ser irradiado al espacio, para nunca regresar.

    El nivel en donde esto ocurre es el comienzo de una capa atmosférica seca y estable conocida como la estratósfera. La parte de la atmósfera abajo de esa zona, región en donde el tiempo atmosférico ocurre, más activo y más húmedo, se llama tropósfera, y los límites entre esta y la estratósfera es la tropopausa.

Aire de Gran Escala Fluye Cerca del Ecuador.

    Al difundirse el calor a través de las capas de la atmósfera, este también se esparce debido a los flujos atmosféricos, o sea, los vientos. En general


    --Todos los flujos de aire están alimentados por la energía del calor
            dada al suelo por el Sol.

    --Los flujos de aire intentan deshacerse de este calor tan eficientemente como sea posible.
    --En general, el aire calentado fluye alejándose de donde fue calentado
           hacia donde puede enviar de mejor manera su calor de regreso al espacio.


    La mayoría del calor lleva a los trópicos, pero puede ser irradiado desde cualquier parte de la Tierra. Distribuyendo el calor le permite a toda la atmósfera participar en su regreso al espacio. Esto produce una desprendimiento más eficiente del calor, y eso es lo que los flujos atmosféricos globales intentan lograr. El aire tibio es transportado hacia los polos, y el aire enfriado es llevado hacia el ecuador.

¿Pero Cómo Ocurre Esto?

    La respuesta es complicada (y le agradezco al Dr. Mark Schoeberl del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA por ayudarme). Primero que nada, dado que la atmósfera es tridimensional, uno se puede preguntar--¿son los movimientos dominantes verticales u horizontales? El uso de la logica por sí sola es una guía un poco incierta. Es mejor observar cómo le hace la naturaleza, o (en años recientes) utilizar grandes computadoras para simular la física, asegurándonos que los factores que creemos responsables, realmente se combinan para ofrecer resutados acorde.

 Circulación de la célula de Hadley

    Fue Hadley en 1735 quien propuso que el movimiento era principalmente vertical (vea el dibujo abajo). Si la Tierra no rotara, tal flujo estaría confinado al plano norte-sur. El aire caliente se levantaría cerca del ecuador y se enfriaría a grandes alturas, mientras que el aire más frío de las regiones fuera del ecuador fluiría hacia el ecuador y ocuparía su lugar.

    La rotación de la Tierra en gran medida modifica este flujo, mendiante el Efecto Coriolis, el cual será ahora explicado. Vea primero hacia el lado derecho del dibujo abajo.

  • El aire en el ecuador se mueve con el suelo de abajo, de manera que su movimiento este-oeste concuerda con el del ecuador.

  • Lejos del ecuador, sin embargo, la superficie de la Tierra se acerca al eje de rotación. Por lo tanto, la distancia que cualquier punto de la superficie cubre en 24 horas se hace más pequeña, y su velocidad oeste-a-este se hace más lenta. Si el aire alejándose del ecuador persiste a su velocidad original oeste-a-este, esta tomará la superficie local, haciendo que los vientos predominantes soplen desde oeste a este. La flechas en el lado derecho del dibujo entonces muestran su velocidad relativa con respecto al terreno. El resultado son los "vientos alisios", un anillo de vientos persistente que viene del oeste.

  • Los vientos alisios dominan el clima en los 48 estados de los Estados Unidos continentales y en Europa. Los vientos pueden soplar del noroeste o del suroeste, pareciéndose a olas, debido al flujo (se discutirá después), pero en general los vientos vienen de "alguna parte del oeste." El flujo más rápido en esta gran corriente (como en cualquier río) está en el centro, y allí el aire fluye a máxima velocidad a grandes alturas, digamos a 30,000 ft (10 km). Ese rápido flujo principal es conocido como corriente de chorro, bien conocido a través de los mapas del pronóstico del tiempo--proporcionando vientos de cola, los cuales son bien recibidos por las aeronaves que se dirigen hacia el este, y son evitadas (tanto como sea posible) por los vuelos hacia el oeste. A los meteorólogos les gusta mostrar las corrientes de chorro, debido a que su ubicación denota la posición general del gran flujo en dirección al este.

  • El aire más frío regresa al ecuador (hacia el centro del dibujo del flujo de Hadley) a una altura más baja, completando el ciclo. Si ese aire aún mantuviera su velocidad original oeste-a-este, este de nuevo concordaría con la rotación local del ecuador.

  • Sin embargo, a una escala global, todos estos movimientos transfieren momento. Ellos transfieren momento hacia el este desde el ecuador a las latitudes medias, y dado que el momento se conserva (tercera ley de Newton--"cada acción tiene una reacción igual y opuesta"), se debe transferir un momento hacia el oeste a la región ecuatorial. El efecto general es un flujo de aire hacia el este (vientos soplando del oeste o "vientos alisios del oeste") en latitudes medias, y un flujo de aire hacia el oeste ("vientos alisios del este" soplando desde el este) en la región ecuatorial.

    En los tiempos de los buques de vela, los capitanes marinos aprovechaban este sistema. Partiendo de España a América, se acercaban al ecuador, una ruta más al sur que tenía la ventaja de los "vientos de cambio" que soplaban del este. Regresando a casa les requería ir hacia el norte y usar los vientos alisios. Los muchos hundimientos de españoles en las costas de Florida, algunos conteniendo cargamentos muy ricos, eran en viajes de regreso a España, cargados con oro y plata de México y América del Sur.

    Flujos de Aire de Gran EScala Más hacia los Polos

       Las observaciones confirman que las "células de Hadley" convectivas, realmente existen cerca del ecuador, pero solo se extienden hasta las latitudes de aproximadamente 20°. Allí es donde los flujos de Hadley descienden de nuevo. El flujo hacia arriba de las células de Hadley puede elevar la tropopausa hasta 16 kilómetros (10 millas). En donde el flujo desciende, la tropopausa también se baja, y puede estar tan baja como 10 kilómetros. El aire descendiente está seco, y eso ocasiona un anillo de desiertos en esas latitudes--en el sureste de EU y en México, el Sahara, Arabia, Namibia y el Interior de Australia.

        Otro efecto es el espesor variado de la capa de ozono, el gas estratosférico que nos protege de las emisiones ultravioletas del Sol. Sobre el ecuador, la estratósfera es empujada hacia arriba y la capa de ozono es más delgada, mientras que en las latitudes medias el ozono fluye a niveles más bajos, en donde dura más tiempo. Como resultado de esto, la intensidad ultravioleta es mayor en las latitudes ecuatoriales. Esta es la razón de porqué los residentes de esas regiones han desarrollado una piel más oscura, la cual les ayuda a protegerlos contra los rayos ultravioleta.  Ondas de Rossby en el flujo de aire oeste-a-este

        El Sol aún ocasiona mucho calentamiento hacia los polos después de los 20°--por ejemplo, en Florida y Hawaii-- pero los flujos de aire que distribuyen dicho calor no son verticales sino horizontales. Ellos son ocasionados por inestabilidades en el flujo de los vientos alisios, del tipo que distribuye el calor hacia los polos. Lo que pasa es que el flujo principal desde el oeste desarrolla "ondas de Rossby" el cual lo extiende aún más hacia los polos. Dentro de los ciclos hacia los polos de dichas ondas se desarrolla una presión más alta, mientras que dentro de los ciclos de retorno la presión es más baja (vea la ilustración). Al fluir el aire dentro y fuera de dichas regiones de diferente presión, este gira como remolino (vea Marcos de Referencia Giratorios en el Espacio y sobre la Tierra), y esto también ayuda a distribuir el aire tibio hacia los polos.

        Aquellos que observan el pronóstico del tiempo saben que aquellas ondas pueden cambiar apreciablemente. Eso es lo que hace que el clima de los EU tan variable y difícil de predecir: se requiere tan solo un pequeño cambio para enviar la esperada lluvia a un estado circundante (o al revés). Las estructuras terrenas también afectan al flujo, por ejemplo el anillo montañoso del oeste de los EU tiende a mover los vientos alisios en su sector hacia el polo, hacia Canadá.

        Debido a la distribución desigual de la tierra y el mar, de las planicies y las montañas, los patrones predichos pueden ser modificados de otras maneras. En particular, un patrón de Hadley sobre el Océano Pacífico ecuatorial fluye no solo en la dirección norte-sur, sino también entre el este y el oeste. Los cambios en ese patrón ocasionan modificaciones globales del tiempo conocido como El Niño--significando el niño de Navidad, un nombre dado por los pescadores peruanos debido a que (cuando ocurre), su inicio ocurre alrededor de Diciembre.

    Exploración Posterior

    Cualquiera interesado en un curso completo relativo a la Tierra y su tiempo y clima, vea aquí.
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                Línea del Tiempo                     Glosario                     De Regreso a la Lista Maestra

    Autor y Curador:   Dr. David P. Stern
         Correo al Dr. Stern:   stargaze("at" symbol)phy6.org.

    Traducción al Español por Horacio Chávez


    Última Actualización: 22 de Septiembre de 2004