1 Introducción a la climatología
2 Tiempo Æestado instantáneo de la atmósfera en un momento dado,
definido por los distintos elementos meteorológicos. Su evolución está condicionada por las distintas perturbaciones que tienen lugar en el seno de la atmósfera.
ClimaÆ(promedio del estado del tiempo), es una descripción estadística, en términos de valores medios y de variabilidad, de las variables (elementos) de interés durante un período de al menos 30 años.
TIEMPO METEOROLÓGICO Y CLIMA
≠
3
Elementos y factores
Elemento Æpropiedades o condiciones de la atmósfera que, tomadas en conjunto, particularizan el estado físico del tiempo o del clima en un lugar y en un momento o período de tiempo cronológico determinados.
Ej: Temperatura, Presión, Nubosidad, Viento, Humedad relativa, Precipitación, contenido de O3, contaminantes, etc.
Los elementos climáticos experimentan variaciones espaciales y temporales debidas a factoresque los afectan:
Factor astronómico: hora y época del año, radiación solar
Factor geográfico: latitud, altitud, topografía, distribución
de tierras y mares, distancia al mar
Factor dinámico: corrientes oceánicas
4
5 6
Agentes forzantes
Sol
SISTEMA CLIMÁTICO TERRESTRE (SCT)
criosfera Biosfera
litosfera
hidrosfera atmósfera
7
• PERIODICAS ÆDIARIAS, debido a la rotación de la Tierra sobre su eje
ÆANUALES, debido a la traslaciónde la Tierra alrededor del Sol
• CUASIPERIODICAS, asociadas con alteraciones en el seno del Sol y/o variaciones en las características orbitales de la Tierra.
VARIABILIDAD DEL CLIMA
Debido a interacciones dinámicas y termodinámicas entre las diferentes componentes de SCT
VARIABILIDAD INTERNA del SCT
VARIABILIDAD FORZADA
Debido a que forzantes externos no permanecen constantes
8
NATURALES
(a) variaciones en la radiación solar (procesos en el seno del sol, cambios en la órbita terrestre, cambios en la oblicuidad del eje polar)
(b) cambios en la composición química de la atmósfera (vulcanismo)
(c) alteraciones de la superficie terrestre (procesos geológicos naturales)
ANTROPOGENICOS
(a) alteración de la superficie terrestre (ciudades y embalses, desforestación, desertificación, etc.)
(b) cambios en la composición química de la atmósfera (alteración del efecto de invernadero natural y de la capa de ozono)
(c) aumento de la concentración atmosférica de contaminantes sólidos y líquidos (smog urbano, lluvia ácida)
9 Actividad
humana
Procesos de la superficie
terrestre Agua
subterránea
Escorrentía
Lagos y ríos
Hielo y nieve
Interacción tierra-aire Interacción tierra-mar Corrientes Interacciones Hielo-océano Interacciones Hielo- aire Precipitación Nubes Gases y Partículas volcánicas Radiación solar
neta (onda corta)
Radiación terrestre neta (onda larga)
Absorción Reflexión emisión Viento MA R AT M Ó S F E R A ES PA C IO T IE RRA AT M Ó S F E R A ES PA C IO Hielo
SISTEMA CLIMÁTICO TERRESTRE
10 ATMOSFERA
La atmósfera es una mezcla de diferentes gases y aerosoles (partículas líquidas y sólidas suspendidas) que envuelve la tierra
Funciones:
•sostener la vida
•controlar el balance de energía de la tierra
Su composición es el resultado de eficientes procesos de reciclado biogeoquímico y mezcla turbulenta de la atmósfera.
11
Componente Fórmula química % volumen (aire
seco)
Nitrógeno N2 78.08
Oxígeno O2 20.98
Argón Ar 0.93
Dióxido de Carbono* CO2 0.035
Neón Ne 0.0018
Helio He 0.0005
Hidrógeno H 0.00006
Criptón Kr 0.0011
Xenón Xe 0.00009
Metano* CH4 0.0017
Ozono O3 0.00006
Composición de la atmósfera
Composición gaseosa promedio del aire seco por debajo de los 25 km (99%
de la masa de la atmósfera yace debajo de unos 25 a 30 km de altura) 12
El ciclo global del carbono
Aporte importante por respiración de raíces y organismos del suelo CO2 fijado en conchas, caparazones o arrecifes coralinos
CO2 liberado también en erupciones volcánicas, y respiración, procesos en suelos, combustión de componentes carbonados y evaporación oceánica. A la inversa, es disuelto en los océanos y consumido durante la fotosíntesis de las plantas.
a) Dióxido de carbono (CO2)
•complejo ciclo global
•es elemento básico en la formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos
•5% de estas reservas de CO2, se consumen en los procesos de fotosíntesis (renovación en la atmósfera cada 20 años)
13 El ciclo global del carbono
14
b) Metano (CH4)
es otro de los gases invernadero
producido por procesos anaeróbicos (deficientes de oxígeno) tales como los cultivos de arrozales o la digestión animal y por causas antrópicas
c) Oxido nitroso (N2O)
producido por mecanismos biológicos en los océanos y los suelos y por causas antropogénicas
d) Ozono (O3)
está presente en la estratosfera, en donde protege a la tierra de los niveles dañinos de radiación ultra violeta (UV) y en concentración menor en la baja troposfera. En los últimos años se ha despertado una preocupación sobre la destrucción de la capa de ozono, principalmente
15
e) Halocarbonos
Los halocarbonos son componentes que contienen carbón, halógenos tales como cloro, bromo y flúor y algunas veces hidrógeno
antropogénicos como los CFCs o pueden tener origen natural
CFCs que están siendo eliminados por fases bajo los términos del Protocolo de Montreal, para proteger la capa de ozono.
f) Otras gases en menor proporción (oligoelementos) Además de estos gases, el vapor de agua (H2O) es un constituyente vital de la atmósfera, promediando alrededor del 1% en volumen
El vapor de agua es el gas invernadero más importante y de acuerdo a su abundancia juega un papel crucial en la regulación del balance energético de la atmósfera
forma parte del ciclo hidrológico global.
forma parte del ciclo hidrológico global.
16
g) Aerosoles
partículas pequeñas (0,01 y 10 mm) sólidas o líquidas en suspensión en el aire y que permanecen en la atmósfera como mínimo durante varias horas.
polvo, hollín, cristales de sal marina, esporas, bacterias, virus y una plenitud de partículas microscópicas
origen natural o antropógeno
Afecta clima
Ædirectamente: dispersión y absorción de la radiación.
17 Estructura vertical de la atmósfera
Tiene variaciones significativas en la temperatura y la presión con la altura.
I I I I 100 300 500 700
Temperatura (ºK) Presión (Pa) 10-6
10-2
102
I I I
Fig. División vertical de la atmósfera de acuerdo a las condiciones de temperatura y presión O3Æ>T
18
Su espesor varía de 9 km en los polos a los 16 km en el ecuador, principalmente como resultado de los diferentes balances de energía en esas regiones.
Troposfera
Las temperaturas suelen disminuir con la altura (aproximadamente 6,5ºC/km)
Contiene un 75% de la masa gaseosa de la atmósfera, así como casi todo el vapor de agua y los aerosoles. El 99% de masa de la atmósfera se encuentra en los primeros 30 km.
Ocurren la mayoría de los fenómenos meteorológicos. Estos son parcialmente debidos a procesos convectivos que se establecen cuando el aire de la superficie es calentado (calentado por la superficie misma de la tierra), se expande y se eleva enfriándose a altos niveles en la troposfera.
19 LA CAPA DE OZONO
•protege a la superficie terrestre de la radiación UV "B"
•controlar la estructura térmica de la estratosfera, absorbiendo tanto la radiación solar UV "B" como la radiación terrestre saliente, de onda larga.
La radiación UV-B puede producir daño en los seres vivos Æirritación a la piel, conjuntivitis y deterioro en el sistema de defensas, hasta llegar a afectar el crecimiento de las plantas y dañando el fitoplancton, con las posteriores consecuencias que esto ocasiona para el normal desarrollo de la fauna. Función:
20 El agujero de ozono
En forma estacional, entre los meses de agosto y noviembre, se viene observando, desde mediados de los 70' una región con valores relativamente bajos, delimitada con una zona estrecha.
Los modelos más recientes que describen la formación periódica del agujero de ozono coinciden a atribuir su presencia a la acción conjunta de dos aspectos fundamentales:
* La circulación y dinámica atmosféricas
21
EL BALANCE DE ENERGIA DE LA TIERRA
Mecanismos de transferencia de la energía calórica
radiación, conducción y convección
es el único de estos mecanismos que puede atravesar el espacio relativamente vacío
La radiaciónjuega también un importante papel en la transferencia de calor desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera y viceversa.
La conducciónes la transferencia de calor a través de la materia por actividad molecular. La energía de las moléculas se transfiere de una molécula a otra mediante colisiones, de modo que el calor fluye desde las altas a las bajas temperaturas.
22
El aire es un mal conductor del calor. Consecuentemente, la conducción es solo importante entre la superficie de la Tierra y el aire directamente en contacto con ésta.
El calor ganado por la capa más baja de la atmósfera, ya sea por radiacióno por conducción, es con frecuencia transferido por convección. La convecciónes la transferencia de calor por el movimiento de una masa o sustancia liquido o gas) , de un lugar a otro.
Los movimientos convectivos en la atmósfera son responsables de la redistribución de calor desde las regiones ecuatoriales a los polos y desde la superficie hacia
arriba.
23
Ilustración de los procesos que se producen en la atmósfera entre la zona ecuatorial y la polar. Un factor adicional, no contemplado en este ejemplo, que es el movimiento de rotación de la Tierra.
24
Variación de la radiación:
– Condiciones atmosféricas y ambientales del lugar (Ej. Nubes)
– Situación geográfica (latitud)
25 26
EL BALANCE DE ENERGIA EN EL SISTEMA TIERRA-ATMOSFERA
Balance anual de energía de la Tierra. La superficie de la Tierra recibe del Sol 161 w/m2 y del Efecto Invernadero de la Atmósfera 333w/m², en total 494 w/m2,como la superficie de la Tierra emite un total de 493 w/m2 (17+80+396), supone una absorción neta de calor de 0,9 w/m2, que en el tiempo actual está provocando el calentamiento de la Tierra.
27
Distribución de la radiación global
28
DISTRIBUCIÓN DE LA RADIACIÓN NETA (ENTRANTE – SALIENTE) EN SUPERFICIE, EN PRESENCIA DE LA ATMÓSFERA
29
Radiación Solar (Época del año, hora del día)
30
Radiación incidente promedio en Misiones y Tierra del Fuego. Los valores están expresados en MJ.m-2/día, ese valor corresponde al promedio de cada mes
31
Sistema de circulación general atmosférica
Célula de Hadley Célula de
Ferrel Célula Polar
33 34
LA PRESION Y EL VIENTO
* Presión atmosférica
Es la presión ejercida por el peso de la atmósfera sobre la superficie terrestre
Disminuye con la altura
* El movimiento del aire (viento)
La diferencia permanente de temperatura entre el ecuador y los polos (y por lo tanto diferencia de presiones), por un lado, y entre la atmósfera superior e inferior, por el otro, proporciona a energía necesaria para generar el movimiento del aire.
El movimiento horizontal del aire efectúa el transporte de energía (calor) y humedad y el movimiento vertical es responsable de la presencia o ausencia de nubes y de las precipitaciones.
Importancia de la presión atmosférica
35
La fuerza desviadora de la rotación de la Tierra (fuerza de Coriolis)
La fuerza de Coriolis es consecuencia de que el movimiento de las masas de aire sobre la superficie terrestre está referido a un sistema móvil de coordenadas (que son los paralelos y meridianos terrestres), debido a la rotación de la Tierra sobre su eje.
¿Qué es lo que ocurre? Supongamos que una masa de aire polar se desplaza
meridionalmente hacia el ecuador, con un movimiento rectilíneo. Como la Tierra rota, para un observador residente en ella, la masa de aire se desvía hacia la izquierda en el H.S, o hacia la derecha en el H.N:.
36
Hemisferio Norte
Hemisferio Sur
Rotación espiralhacia fuera en sentido de las agujas del reloj
Rotación espiral hacia dentro en sentido de las agujas del reloj
Rotación espiral hacia fuera en sentido contrario a las agujas del reloj Rotación espiral
37 38
El CSTA es de núcleo caliente puesto que se encuentra ubicado, en promedio, en los trópicos.
• El CSPB es frío puesto que se encuentra ubicado, aproximadamente, a los 60° de latitud.
• No ocurre lo mismo con el cinturón ecuatorial de baja presión (que es caliente) ni con el alta polar (que es fría). distribución de la presión en superficie
Esta configuración no sólo se encuentra en superficie sino también en la tropósfera baja y media, no así en la tropósfera alta.
39 * Bajas térmicas continentales
Como ya lo adelantamos, en VERANO, sobre los
continentes muy calientes, se forman bajas térmicas que interrumpen el SCT. La aparición de estos sistemas térmicos deforma localmente la circulación del aire. A
A
B
Ejemplo: baja térmo-orográfica del NW argentino. Mecanismos locales de variaciones de presión
40
0º
- 30º
41
0º
- 30º
- 60º 30º
60º
42
0º
- 30º
- 60º 30º 60º
43
0º
- 30
- 60 3 60º
44
HUMEDAD Y PRECIPITACIÓN
1. Humedad Relativa
La mayor parte de la humedad que contiene la atmósfera se encuentra concentrada debajo de los seis primeros kilómetros sobre la superficie terrestre.
Se denomina así al cociente entre la cantidad de vapor de agua contenida en el aire y la máxima que éste podría contener a su temperatura, expresado en forma porcentual.
DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA HUMEDAD
45 DISTRIBUCIÓN MERIDIONAL DE LA TENSIÓN DE VAPOR Y DE LA HUMEDAD RELATIVA
La humedad relativa disminuye con la latitud hasta unos 30º
aproximadamente, para luego volver a aumentar. En general disminuye con la altura. La humedad relativa durante el verano es generalmente mayor que durante el invierno.
46 VARIACIÓN DIARIA DE LA HUMEDAD RELATIVA
Valores medios de humedad relativa y temperatura para el mes de mayo en Washington DC., EEUU.
47
La distribución de las precipitaciones, al igual que la temperatura, se ve afectada por:
• brisas de mar y tierra • brisas de valle y montaña • efecto orográfico
• distancia al mar Récords de precipitación:
Ausencia de lluvias durante 14 años seguidos: Iquiqué, CHILE
Mínimo mundial de precipitación media anual (en 53 años): 0,8 mm anuales, Arica, CHILE
Máximo de precipitación media anual en América del Sur: 8.992 mm, Quibdo, COLOMBIA
Récord mundial de precipitación media anual: 11.684 mm, Mt. Waialeaie, Kauai, Hawai
Récord mundial de lluvias en un mes: 9.300 mm (julio de 1861) Cherapundji, India
Récord mundial de lluvias en 12 meses: 26.461 mm (agosto de 1860 a julio de 1861) Cherapundji, India
Récord mundial de lluvias en un día: 1.870 mm, Cilaos, Isla de la Reunión, océano Indico, HS
2. LA PRECIPITACIÓN
48
FACTORES GEOGRÁFICOS DEL CLIMA
1. BRISA DE MAR Y TIERRA
Este sistema local de vientos se encuentra típicamente a lo largo de las líneas de costa adyacentes a grandes cuerpos de agua y es inducido por las diferencias que se presentan entre el calentamiento y enfriamiento de la superficie de agua y la superficie de tierra adyacente.
49
A las primeras horas del día la tierra y el mar se encuentran aproximadamente a la misma temperatura. En una mañana de calma, las superficies isobáricas serán aproximadamente horizontales; se encuentran a la misma altura sobre la tierra y el mar.
a) Brisa de mar
B. Efecto oceánico
Ascenso y reemplazo en capas superiores
Aire de niveles mas altos reemplaza a los de superficie
27 ºC 18 ºC
50
Al atardecer de un día claro las diferencias de temperatura en la costa, entre un cuerpo de agua y la tierra, producen un viento fresco que sopla hacia fuera de la costa, denominado brisa de tierra.
b) Brisa de tierra
13 ºC 18,5ºC
Aire ascendente reemplaza al de niveles superiores
Aire de niveles superiores reemplaza al de superficie
51
2. BRISA DE VALLE Y MONTAÑA
Otro grupo de vientos locales está inducido por la presencia de accidentes de montañas / valles sobre la superficie de la tierra. Los vientos conocidos como brisas de montaña, son inducidos por calentamiento o enfriamiento diferencial a lo largo de las pendientes de montañas.
52 3. EFECTO OROGRÁFICO (efecto Föehn)
El aire húmedo proveniente del Pacífico es forzado a ascender por el obstáculo orográfico. En su ascenso se expande adiabáticamente, enfriándose a razón de 0,6°/100 m, condensando el vapor de agua y dando lugar a nubosidad y precipitaciones. Al descender del lado argentino, se comprime adiabáticamente, calentándose a razón de 1°/100 m y perdiendo su ya pobre humedad por evaporación.
Vientos fríos y húmedos
Océano Pacífico
1000 mm/año
2000 mm/año 4000 mm/año
<200 mm/año
Vientos fríos y húmedos
53
* Corrientes marinas
4. DISTANCIA AL MAR
54 consecuencia climática del efecto de la costa (viento desde el mar) y de la brisa del mar
Elemento Costa Interior
Humedad ++
--Nubosidad +
-Precipitación +
-T max -- ++
T min ++
--Dif. T diaria -- ++
55
Influye el clima sobre el tipo de suelo????
