6.2: Presión de aire

Variaciones de presión a través de la Tierra

La presión del aire es la fuerza ejercida por el peso de una columna de aire por encima de una ubicación particular. Para conceptualizar la noción de presión de aire, imagine un contenedor sellado lleno de aire como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). Cuando las moléculas de aire chocan con las superficies internas del contenedor ejercen una presión. La cantidad de presión que ejercen depende del número de colisiones que se produzcan entre las moléculas y la superficie interior del contenedor. Podemos cambiar la presión de dos maneras. Primero, podemos aumentar la densidad del aire ya sea poniendo más moléculas de aire en el contenedor o reduciendo el volumen del contenedor. En segundo lugar, podemos aumentar la temperatura del aire para hacer que las moléculas se muevan más rápido y así colisionen con los lados con más frecuencia. Por lo tanto, los cambios en la presión del aire pueden ocurrir por cambios en la densidad del aire o la temperatura.

En la naturaleza, las variaciones de presión a través de la superficie de la Tierra son creadas por medios mecánicos o térmicos. Los cambios mecánicos en la presión ocurren cuando se impide el flujo de aire, lo que hace que una masa de aire se acumula sobre una ubicación particular, aumentando así la presión del aire. El calentamiento y enfriamiento del aire (mecanismos térmicos) también crean variaciones en la presión del aire. Cuando se calienta el aire se eleva, y si se empuja hacia arriba, la presión del aire superficial disminuye. Por el contrario, si el aire se enfría, disminuye hacia la superficie provocando que la presión del aire aumente.

Figura\(\PageIndex{1}\): Presión de aire dentro de un recipiente sellado.

Figura\(\PageIndex{2}\): Barómetro de mercurio.

La presión del aire se mide usando un barómetro. Existen varios barómetros diferentes, dos de los más comunes son el barómetro de mercurio y el barómetro aneroide. El barómetro de mercurio es un tubo con un reservorio de mercurio en un extremo. Bajo condiciones promedio del nivel del mar, la atmósfera ejerce suficiente presión para empujar una columna de mercurio hasta la altura de 29.92 pulgadas. El barómetro aneroide utiliza una celda aneroide o silfona para medir la presión. La celda aneroide es una cámara metálica que se expande y se contrae con la presión de aire cambiante. Aunque a menudo se reportan pulgadas de mercurio en su pronóstico meteorológico diario (especialmente en Estados Unidos), los meteorólogos utilizan milibares como unidades de medida para la presión del aire. Bajo condiciones promedio del nivel del mar, la presión atmosférica es de 1013.2 milibares (29.92 pulgadas de mercurio). La presión media del nivel del mar sirve como división entre lo que llamamos “alta presión” y “baja presión” en la superficie. La alta presión se define como valores mayores a 1013.2 mb y la baja presión está por debajo de 1013.2 mb.

La presión del aire disminuye a medida que uno se mueve hacia arriba a través de la atmósfera porque la longitud de la columna de aire se acorta y por lo tanto hay menos masa por encima de una ubicación dada. Sin embargo, la tasa de disminución no es la misma entre dos elevaciones (Figura\(\PageIndex{3}\)). Debido a que el aire es altamente compresible, el aire está estrechamente empaquetado cerca de la superficie (alta densidad) y es menos denso en lo alto. De hecho, más del 90% de la atmósfera se encuentra por debajo de las 10 millas. Como resultado, la presión del aire disminuye más rápidamente entre dos elevaciones cercanas a la superficie que entre dos puntos separados por la misma distancia en lo alto.

Figura\(\PageIndex{3}\): Variación vertical de la presión atmosférica.

Como se explicó anteriormente, utilizamos un valor promedio de presión a nivel del mar para diferenciar entre alta presión y baja presión. Debido a que la presión del aire disminuye en lo alto, la presión promedio en cualquier punto por encima de la superficie es menor. A 5600 metros la presión promedio es de 500 mb. Si en algún día la presión es mayor a 500 mb la consideramos alta presión a esta elevación. Si medimos una cantidad menor entonces es baja presión a esta elevación. No confunda alta presión con mayor presión y baja presión con menor presión. Agregar el "er" al final de la palabra indica un cambio relativo a un estado anterior. Por ejemplo, digamos que mide la presión del aire para que sea de 1015 mb en la superficie y 516 mb a 5600 metros. Ambos casos están bajo la influencia de alta presión en sus respectivas ubicaciones. Sin embargo, la presión es mayor en la superficie que a 5600 metros.

Análisis de patrones de presión de aire

Los meteorólogos tienen una variedad de formas de visualizar los datos meteorológicos, siendo un mapa el más común. Para analizar patrones de presión, a menudo se utiliza un mapa de altura constante. Un mapa de altura constante (también conocido como “gráfico de altura constante”) muestra la distribución de la presión al nivel del mar. Las isobarras, líneas que conectan puntos de igual presión de aire se utilizan para mostrar patrones de presión en mapas de altura constante. La mayoría de los mapas de presión de aire en este libro son mapas de altura constante.

Figura\(\PageIndex{4}\): Mapa de altura constante con isobarras

Otro mapa que se utiliza para analizar patrones de presión se llama mapa de presión constante (también conocido como “diagrama de presión constante”). Un mapa de presión constante muestra el cambio en la elevación de una superficie isobárica que es una superficie sobre la cual la presión es la misma en todas las ubicaciones. Al examinar la altura de una superficie isobárica en relación con su elevación normal, se puede discernir dónde están las áreas de alta y baja presión.

Figura\(\PageIndex{5}\): Superficie de presión constante (isobárica) de 500 mb

La superficie de 500 mb es comúnmente utilizada por meteorólogos en el pronóstico del tiempo. La altura normal de 500 mb de superficie es de 5600 metros. Recordemos, que en la superficie consideramos que la presión alta es mayor que la presión normal del nivel del mar y la baja presión menor que la presión normal del nivel del mar. De manera similar podemos utilizar la altura normal de la superficie de 500 mb para identificar dónde se encuentran las áreas de alta y baja presión.

Figura\(\PageIndex{6}\): Mapa de presión constante con curvas de nivel

Consideremos una situación sencilla para entender cómo la altura de una superficie isobárica se relaciona con la presión del aire. Recordemos que la presión del aire está relacionada con la fuerza ejercida por el peso de una columna de aire por encima de un punto dado. Si la temperatura del aire varía a través de cualquier parte de una columna de aire, la densidad y la presión también variarán. La figura\(\PageIndex{7}\) muestra una columna con aire caliente a la izquierda y aire frío a la derecha. La superficie de 500 mb se muestra como la superficie blanca sumergiendo de izquierda a derecha. Supongamos que la presión superficial permanece constante. Cuando el aire se calienta se vuelve bouyant provocando que suba y cuando se enfría se hunde. A medida que el aire caliente se eleva más moléculas de aire se encontrarán por encima de 5600 metros de lo normal y así la superficie de 500 mb se encuentra a una elevación mayor. A la derecha donde el aire frío se ha hundido a la superficie se encuentran menos moléculas de aire de lo normal por encima de 5600 metros y así la superficie de 500 mb se encuentra a menor elevación. Si hay más moléculas por encima de 5600 metros en la región cálida, entonces la alta presión se ubica a 5600 metros. Si menos moléculas de aire están por encima de 5600 metros en la región fría, entonces la baja presión se ubica a 5600 metros.

Figura\(\PageIndex{7}\): Relación presión de aire - altura superficial isobárica