Tema 50. Frentes.
Objetivo
Describir, mediante conocimientos de los procesos físicos, las características de los frentes calientes, fríos y estacionarios y ocluidos; la relación de estos frentes con los campos sinópticos y el carácter tridimensional de los límites frontales.
ÍNDICE
1.- Historia.
2.- Concepto de frente.
3.- Anafrente y catafrente.
4.- Cinta transportadora (Conveyor Belt).
5.- Frontogénesis.
6.- Campos para el diagnóstico frontal.
1.- Historia.
El planteamiento y primeros desarrollos del modelo conceptual de frente se deben a la denominada
“Escuela noruega” o “Escuela de Bergen”. En 1917 se creó en la ciudad noruega de Bergen un Instituto de Geofísica dirigido por Vilhelm Bjerknes y en el que coincidieron la mayor parte de los padres de la Meteorología moderna: J. Bjerknes (hijo de Vilhelm), C. Rossby, H. Soldberg, T. Bergeron y S. Peterssen. En 1919 Jack Bjerknes publicó el famoso artículo “On the Structure of Moving Cyclones” en el que por primera vez se describen los frentes frío y cálido aunque aún no con ese nombre (se utilizó la denominación de “líneas de convergencia”) y en el que se da una explicación física tridimensional de los movimientos de aire en la depresión, justificando los hidrometeoros (nubes y precipitación) característicos de cada tipo de frente. En 1919, Tor Bergeron definió el proceso que conocemos como oclusión y en 1922 Bjerknes y Soldberg introdujeron la idea de que las depresiones se originan como ondulaciones en la superficie de separación de dos masas de aire, una polar y otra tropical; a la superficie de separación la denominaron, probablemente influidos por la terminología bélica omnipresente en la Europa del momento, “frente polar”. En la figura 1, a modo de homenaje, se reproduce gráficamente el modelo establecido por Bjerknes en 1917 con las correcciones establecidas en 1922.
Figura 1. Descripción gráfica del frente frío y el frente cálido según J. Bjerknes.
La Escuela de Bergen revolucionó la Meteorología y avanzó más en cinco años que en toda la historia de la predicción del tiempo. Aún así, sus teorías y aplicaciones prácticas tardaron en imponerse ya que la casta meteorológica del momento se resistió a aceptar tales ideas argumentando que los frentes no existían (y que si hubieran existido los habrían descubierto los centroeuropeos). El servicio meteorológico inglés no comenzó a publicar frentes en sus boletines hasta 1933 y el U.S. Weather Bureau no los adoptó hasta 1938.
A partir de aquí se fueron introduciendo mejoras en el cuerpo teórico básico: Charney (1947), Sutcliffe (1947) o Eady (1949). En los años 60, 70 e incluso 80 se fueron haciendo una serie de desarrollos que veremos con cierto detalle en este tema, como son los modelos conceptuales de anafrente y catafrente, cinta
transportadora cálida (Warm Conveyor Belt, 1969) y cinta transportadora fría (Cold Conveyor Belt, 1980).
2.- Concepto de frente.
Un frente es una superficie de discontinuidad entre dos masas de aire. Profundizando un poquito más, lo podemos definir como una discontinuidad de masas de aire que se forman en zonas baroclinas de la atmósfera, con buena continuidad espacio-temporal a escala sinóptica. El frente es discontinuidad en la temperatura y la densidad a lo largo de sus límites. Los aspectos dinámicos de los frentes los veremos en el tema 55 dedicado a la frontogénesis.
Siguiendo la formulación clásica, vamos a ver los conceptos de frente frío, frente cálido, frente ocluido y frente estacionario.
2.1.- Frente frío.
Es una superficie de discontinuidad en la que una masa de aire frío alcanza a otra masa de aire más cálido. Al tener mayor densidad la masa de aire frío, se mete en forma de cuña por debajo de la masa cálida, menos densa, generado ascensos en la línea del frente más o menos bruscos que darán origen a una línea de precipitaciones. La masa fría (una enorme burbuja de más de 1000 km de diámetro y unos 5-6 km de altura) se denomina a veces, descarga fría o descarga postfrontal fría. En este tipo de frentes (que se mueven a velocidades en torno a los 10-20 ms-1), la zona de máxima precipitación se da en la propia línea del frente. Su posición se suele representar por una línea de triángulos de color azul. En la figura 2 podemos ver una representación gráfica de este tipo de frentes. La parte izquierda de la figura es la proyección en un plano del frente frío (que vendría representado por la línea de triángulos azules), donde la zona sombreada alrededor del frente representaría la banda de precipitación. La parte de la derecha sería un corte vertical en la zona de discontinuidad, donde la masa azul es la masa fría y la línea azul la frontera fría.
Figura 2. Representación esquemática de un frente frío.
Hoy en día es muy fácil encontrar recursos en la red con animaciones e imágenes sobre frentes en general y frentes fríos en particular. Una animación muy interesante es:
http://www.bioygeo.info/Animaciones/Frentes.swf
2.2.- Frente cálido.
En este caso la superficie de discontinuidad se da entre una masa de aire cálido que alcanza a otra masa de aire más frío. Al ser menos densa la masa de aire cálido, resbala sobre la superficie fría generando en su ascenso distinto tipo de nubosidad. En los frentes cálidos la zona de precipitación suele estar delante del frente.
La posición del frente se representa por una línea de semicírculos de color rojo. La figura 3 es una representación gráfica de este tipo de frentes. La parte izquierda de la figura es la proyección en un plano del frente cálido (que
vendría representado por la línea de semicírculos rojos), donde la zona sombreada alrededor del frente
representaría la banda de precipitación. La parte de la derecha sería un corte vertical en la zona de discontinuidad, donde la masa azul es la masa fría y la línea roja la frontera cálida.
Figura 3. Representación esquemática de un frente cálido.
Como dijimos en el apartado anterior, hoy en día es muy fácil encontrar recursos en la red con figuras y animaciones de frentes. La animación recomendada es la misma del apartado anterior, pero señalando la pestaña de frente cálido (“warm front”):
http://www.bioygeo.info/Animaciones/Frentes.swf
2.3.- Frentes ocluidos.
Las oclusiones se producen cuando un frente en movimiento alcanza a otro frente que se mueve más despacio. La posición del frente ocluido se suele representar por una línea de triángulos de color azul y
semicírculos de color rojo que se van alternando. Si el frente frío alcanza al cálido, tenemos una oclusión fría. En este caso el sector frío penetra en cuña en el sector cálido que es desplazado hacia arriba. En la figura 4 podemos ver una representación gráfica de este tipo de oclusión con su nubosidad asociada.
Figura 4. Representación esquemática de una oclusión fría.
Si es el frente cálido el que alcanza al frente frío, tenemos una oclusión cálida. En la figura 5, está representada esquemáticamente este tipo de oclusión con su nubosidad asociada.
Figura 5. Representación esquemática de una oclusión cálida.
Una animación muy interesante de un frente ocluido (oclusión fría) puede encontrarse en:
http://www.bioygeo.info/Animaciones/Oclusion.swf
2.4.- Frente estacionario.
Son frentes en los que ninguna de las dos masas de aire que entran en juego es capaz de sustituir a la otra. Son frentes casi estáticos o con desplazamiento muy lento (velocidad inferior a 5 kt ó 2,6 ms-1 ó 9,3 km h-1).
En estos frentes, los vientos en superficie son casi paralelos al frente. Suelen representarse mediante una serie alternativa de triángulos azules en un sentido y semicírculos rojos en el sentido contrario.
Figura 6. Representación esquemática de un frente estacionario.
3.- Anafrente y catafrente.
Como dijimos en el primer punto de este tema, durante los años 60 y 70 se mejoró el modelo conceptual de frente frío y se desarrollaron los modelos conceptuales de anafrente y catafrente.
3.1.- Frente frío: anafrente.
Un anafrente es un frente frío en el que tenemos la presencia de un flujo ascendente de aire cálido retrógrado respecto al frente. Tiene una marcada subsidencia de aire frío y seco detrás del frente y hay una convergencia fuerte en la zona frontal entre el aire frío subsidente y el flujo delantero de aire cálido. Esto implica un movimiento ascendente abrupto del aire cálido a lo largo del frente en superficie que genera una banda estrecha de precipitación intensa y la aparición de un chorro en niveles bajos paralelo al frente y delante del mismo. Detrás del frente los ascensos son débiles y con menos precipitación.
Figura 7. Representación esquemática de un anafrente.
3.2.- Frente frío: catafrente.
En el caso del catafrente la componente del flujo perpendicular al frente es más rápida que la velocidad del frente y el aire frío y seco sobrevuela el aire cálido de niveles bajos generando un frente en altura que precede al de superficie. La capa más espesa de aire cálido y húmedo está bastante por delante del frente en superficie.
Un anafrente suele producir precipitaciones más intensas aunque la convección que precede a un catafrente puede producir la formación de fuerte precipitación en bandas. Normalmente, el paso de un anafrente está marcado por un fuerte descenso de la temperatura en la superficie, pero no de la humedad, mientras que el paso de un catafrente implica un fuerte descenso de la humedad, pero no de la temperatura.
Figura 8. Representación esquemática de un catafrente.
4.- Cinta transportadora (Conveyor Belt).
Como se ha dicho en primer apartado de este tema el concepto de cinta transportadora (conveyor belt en inglés que es el término más usado en los textos meteorológicos) se desarrolla a partir de 1969. Un conveyor belt o cinta transportadora es una masa de aire estrecha que fluye a lo largo de superficies isentrópicas (de
temperatura potencial constante), atravesando los sistemas ciclónicos y que al elevarse generan nubosidad y precipitación. Suele hablarse de “cinta transportadora cálida” o warm conveyor belt y de “cinta transportadora fría”
o cold conveyor belt. La terminología que más éxito está teniendo en los textos en español y que vamos a utilizar a partir de ahora, es una mezcla de castellano e inglés con las denominaciones: “conveyor cálido” y “conveyor frío”. En algunos lugares también se habla de cintas transportadoras secas (dry conveyor belt).
4.1.- Conveyor cálido.
Es una corriente de aire cálido y húmedo que se eleva en dirección al Polo Norte (hemisferio norte). Se origina en el sector cálido y asciende gradualmente delante del frente frío al fluir hacia el Norte. El flujo relativo es, en su mayor parte, paralelo al frente frío. En ocasiones aparece una cierta componente hacia delante del frente frío; en estos casos las nubes y la precipitación tienden a confinarse delante del frente frío y en su versión extrema da lugar a los catafrentes. En otras ocasiones presenta una cierta componente hacia el aire frío; en este caso tendremos un anafrente con intensas precipitaciones convectivas al paso del frente en superficie y precipitaciones estratiformes débiles detrás del frente en superficie.
4.1.- Conveyor frío.
Es una corriente de aire seco y frío con una componente absoluta del Este que proviene de la subsidencia corriente debajo de la dorsal delantera. Al moverse bajo el conveyor cálido se enfría por efectos diabáticos. Al acercarse al centro de la baja asciende pero manteniéndose siempre por debajo del conveyor cálido.
Figura 9. Representación esquemática de las cintas transportadoras asociadas a un sistema ciclónico..
5.- Frontogénesis.
La frontogénesis, que veremos más extensamente en el tema 55, es el mecanismo de formación o intensificación de un frente. Las diversas fases son las siguientes:
1.- Circulación ciclónica en la zona baroclina.
2.- Distorsión de las isotermas por el viento geostrófico.
3.- Aparición de circulación vertical (balance del viento térmico) y convergencia ageostrófica en niveles bajos (conservación de la masa)
4.- Intensificación de los procesos anteriores.
6.- Campos de diagnóstico frontal.
Los campos más útiles para el diagnóstico frontal son los siguientes:
Temperatura potencial del termómetro húmedo (θw ó THW).- Es invariante para las evaporaciones y condensaciones isobáricas. Es el mejor parámetro para distinguir masas de aire con distintas características de temperatura y humedad. Entre las limitaciones hay que citar que sólo indica la separación de masas de aire y en consecuencia es una primera aproximación a la posición de los sistemas frontales y no recoge las ondulaciones incipientes de los frentes ni su grado de actividad.
Parámetro frontal térmico (PFT).- Es la derivada direccional del módulo del gradiente de la temperatura potencial del termómetro húmedo en la dirección de su gradiente. Es muy útil para marcar fronteras térmicas. En un frente bien desarrollado el PFT da señal desde superficie hasta 500 hPa. El problema del PFT es que los frentes débiles no dan señal y que las fronteras que marca entre masas de aire no siempre se corresponden con frentes.
Advección de la temperatura potencial del termómetro húmedo (TWAD).- Combinada con la
temperatura del termómetro húmedo permite caracterizar y precisar la posición de los frentes. Detrás del frente frío
tendremos los máximos de advección fría y delante del frente cálido los máximos de advección cálida. Para situar bien los frentes hay que usarla en combinación con la temperatura potencial del termómetro húmedo o con el parámetro frontal térmico y es importante señalar que no da información acerca de la actividad del frente.
Para el diagnóstico de la actividad frontal el primer aspecto a valorar es el giro del viento en niveles bajos (suele mirarse el viento en 850 hPa, aunque esto debe ajustarse en cada lugar en función de dónde esté el suelo);
la nubosidad de la imágenes de satélite o prevista por los modelos es crucial para estimar la actividad frontal y por supuesto la precipitación observada o prevista que será más intensa donde haya mayor actividad frontal. Por último, también el campo de velocidad vertical entre 850 y 500 hPa puede darnos una idea de dónde hay mayor actividad frontal.
Referencias bibliográficas
“Curso de actualización de técnicas de predicción: frentes”, I. San Ambrosio, J.M. Fernández, F. Martín, 2007, Agencia Estatal de Meteorología.
“Meteorología básica sinóptica”, M. Medina, 1974, Ed. Paraninfo.
“Meteorología Dinámica y Física”, G.J. Haltiner y F.L. Martin, 1990, Instituto Nacional de Meteorología.
https://www.meted.ucar.edu/mesoprim/bandedprecip_es/print_version/03-SinopticEnvironment.htm https://www.meted.ucar.edu/dlac/lesson2a_es/frameset.htm
TABLA DE CONTROL DEL TEMA
Elaborado por Revisado por Aprobado por
Modesto Sánchez Jesús Riesco
Jefe del Área de Predicción Operativa
Ángel Alcázar Izquierdo
24 de julio de 2015
© AEMET. Autorizado el uso de la información y su reproducción citando a AEMET como autora de la misma.
