6.3: Controla la dirección y velocidad del viento

El aire se mueve constantemente para buscar un equilibrio entre áreas de más moléculas de aire (mayor presión) y aquellas con menos (menor presión). Probablemente hayas experimentado esto abriendo un contenedor que ha sido envasado al vacío. Debido a que el contenedor está envasado al vacío, hay menos aire dentro de la lata (menor presión) que fuera de la lata (mayor presión). Cuando abres el contenedor estás aquí un “whoosh” ya que el aire se precipita en él. El aire que corre desde el exterior del contenedor hacia él es un viento, aunque a microescala. El viento no es más que el movimiento de las moléculas de aire de un lugar a otro. La dirección y velocidad del viento representa el equilibrio entre tres fuerzas básicas que actúan sobre él: el gradiente de presión, la fuerza de Coriolis y la fricción superficial.

Gradiente de presión

El espaciamiento de las isobarras indica el cambio en la presión sobre la distancia, también conocido como gradiente de presión. Podemos inducir un cambio en la presión sobre la distancia por el calentamiento desigual de la superficie terrestre. Esto se puede hacer cuando una ubicación recibe más energía entrante que otra, posiblemente porque un lugar tiene un ángulo solar mayor que otro. Calentar el aire en un solo lugar hace que se eleve de la superficie promoviendo una baja presión con la presión aumentando lejos de esa ubicación. La creación de un gradiente de presión inicialmente hace que el aire fluya desde una presión más alta hacia una presión más baja creando un viento. Entonces, en términos de una relación causa-efecto:

Gradiente de energía -> gradiente de temperatura -> gradiente de presión -> viento

La orientación o dirección de un gradiente de presión siempre se describe como de mayor a menor presión. La velocidad del viento es controlada por la fuerza del gradiente de presión, cuanto más fuerte es el gradiente de presión mayor es la velocidad del viento. La fuerza del gradiente de presión se puede discernir a partir del espaciamiento de las isobarras en un mapa meteorológico. La Figura PC.4 muestra dos gradientes de presión diferentes. La distancia entre los puntos A y B y C y D son las mismas pero la cantidad de cambio de presión es bastante diferente. Se puede decir que el gradiente de presión es mayor entre A y B porque el espaciamiento de las isobarras es mucho más cercano que entre C y D. Como resultado, el viento sopla mucho más rápido entre A y B.

Figura\(\PageIndex{1}\): Espaciado isobar y gradiente de presión.

Fuerza Coriolis

La fuerza de Coriolis es el efecto de la rotación de la tierra en la dirección del viento. La fuerza Coriolis surge por dos razones, primero nuestro sistema direccional de latitud y longitud se ha fijado a una tierra giratoria. Así, nuestro marco de referencia para monitorear la dirección de un objeto que se mueve en libertad por encima de la Tierra está cambiando constantemente. La segunda razón es que la cantidad de giros alrededor de un eje vertical varía de un máximo en los polos y mínimo en el ecuador. Demuéstralo colocando un lápiz en el extremo en el polo norte y volteando el globo terráqueo. El lápiz completa una rotación completa. Pero colocar el lápiz de punta en el ecuador y girar la tierra no produce rotación alguna alrededor de un eje vertical. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra la desviación que experimenta un misil cuando se dispara desde el Polo Norte hacia el Ecuador. Debido a que la Tierra, y el objetivo, ha girado debajo del misil de movimiento libre, parece que el misil se ha desviado de rumbo (cambió de dirección). Tal es el caso de los vientos que soplan sobre la superficie. La desviación funciona de la misma manera para un viento este-oeste, el camino se curvará hacia la derecha a medida que se mueve a través de la superficie. Ir a animación de Coriolis Force

Figura\(\PageIndex{2}\): Influencia de la fuerza de Coriolis sobre el viento. (Cortesía NASA JPL, Fuente)

Aunque el aire se desvía a la derecha de su trayectoria en el hemisferio norte, en el hemisferio sur el viento se desvía a la izquierda de su trayectoria. ¿Por qué la diferencia? Todo tiene que ver con la perspectiva. Recoge un globo terráqueo y gírelo en dirección oeste a este. Ahora mira hacia abajo desde arriba del Polo Norte. Parece que gira en sentido contrario a las agujas del reloj. Ahora manténgalo girando de oeste a este, levanta el globo sobre tu cabeza y míralo desde arriba del Polo Sur. Parece que va en sentido horario. (Un poco raro, ¿eh?)

Fricción

Figura\(\PageIndex{3}\): Capa de Fricción

En términos generales, la velocidad del viento aumenta con la altura sobre la superficie a medida que la fuerza de fricción de la superficie disminuye con la altura. La fricción impuesta al aire ralentiza mecánicamente el viento y desvía su dirección. La capa de fricción es la capa de aire que está influenciada por la fricción causada por la superficie. La capa de fricción varía en altura a través de la Tierra, pero en su mayor parte se encuentra a aproximadamente un kilómetro de la superficie.

Investigue cómo los geocientíficos miden y analizan el viento mediante “Excavando más profundo: midiendo, visualizando y analizando la dirección y velocidad del viento” o omita y continúe leyendo.

Profundizar: medir, visualizar y analizar la dirección y velocidad del viento

Se toman dos medidas básicas de las condiciones del viento, velocidad y dirección. Como se señaló en este capítulo, la velocidad del viento es simplemente lo rápido que sopla el viento. La dirección del viento se describe como de dónde viene el viento, no hacia dónde va. Profundicemos en cómo los científicos miden y visualizan la velocidad y dirección del viento al analizar el clima.

Instrumentación

La velocidad del viento se mide con un anemómetro. Un anemómetro típico consiste en 3 o 4 “copas” giratorias montadas en ángulos iguales entre sí y luego unidas a una varilla. Las copas giran proporcionalmente al flujo de aire que las atraviesa. El número de revoluciones en una unidad de tiempo se convierte en una velocidad del viento y se registra en un dispositivo de registro de datos o se lee desde el dial. La velocidad se reporta en millas por hora, kilómetros por hora o nudos.

Figura\(\PageIndex{4}\): Anemómetro (derecha) y Veleta (izquierda) (Cortesía NOAA, Fuente)

La Escala Beaufort fue creada en 1805 por Sir Francis Beaufort como una medida cualitativa de los efectos de las condiciones del viento en las velas de su nave. Trece clases, de 0 a 12, determinaron el número de velas a izar. A 0 todas las velas se levantarían con el viento justo lo suficiente para dar dirección. A las 6 la mitad sus velas estarían arriba, y a las 12 todas las velas estarían bajadas ya que las condiciones eran demasiado severas para que las velas de lona las soportaran. En 1906, las descripciones se cambiaron a cómo se comportaban los mares bajo diferentes condiciones de viento. La escala Beaufort sigue siendo utilizada por los observadores meteorológicos ciudadanos para estimar las condiciones en ausencia de instrumentación durante el clima severo.

Tabla\(\PageIndex{1}\) Beaufort Escala (Cortesía NOAA: Fuente)

Una veleta es un instrumento para medir la dirección del viento (a la izquierda en la Tabla\(\PageIndex{1}\) anterior). En su configuración más sencilla se trata de una varilla puntiaguda con una paleta montada perpendicular a la varilla y unida a un poste vertical sobre el que gira. La veleta actúa para orientar el extremo puntiagudo hacia el viento y por lo tanto apunta a la dirección de la que proviene el viento.

Una aeroveleta es un instrumento que puede medir tanto la dirección del viento como la velocidad simultáneamente. La aeropaleta se asienta sobre un poste y gira a medida que cambia la dirección del viento. La hélice gira más rápido a medida que aumenta la velocidad del viento. El giro de la hélice en la parte delantera gira más rápido a medida que aumenta la velocidad del viento. Se envía una señal a un registrador de datos donde la orientación de la aeropaleta y el giro de la hélice se convierten en unidades de dirección y velocidad del viento. Una paleta en la cola orienta el instrumento hacia el viento.

Figura\(\PageIndex{5}\): Aerovane. (Cortesía NOAA Source)

Visualización y Análisis

Una vez que se han registrado los datos del viento, pueden archivarse en forma impresa, o más probablemente en forma digital y simbolizarse en mapas para su posterior análisis.

Dirección del viento

La dirección del viento se puede reportar como una dirección o en grados. La dirección del viento se simboliza en un mapa meteorológico con una línea que irradia desde un punto en la dirección del viento. La dirección del viento como se simboliza en la figura\(\PageIndex{6}\) es noreste.

Figura\(\PageIndex{6}\): Símbolo meteorológico de dirección del viento

El viento predominante la dirección de la que proviene el viento más frecuentemente. Se puede determinar midiendo la dirección del viento en muchos momentos diferentes para una ubicación en particular y calculando el porcentaje de veces que el viento proviene de diferentes direcciones. Se utiliza una rosa de los vientos para visualizar el viento predominante. La “rosa” se construye con barras o líneas colocadas alrededor de un círculo y dibujadas a una longitud proporcional a la cantidad de tiempo que sopla el viento desde diferentes direcciones. El viento predominante que se muestra en la figura 6-D es del sur. Barbor de viento se puede agregar un código de color para mostrar la velocidad promedio desde una dirección dada.

Figura\(\PageIndex{7}\): Una rosa de los vientos. (Cortesía NOAA NWS (Fuente))

Velocidad del viento

La velocidad del viento se registra ya sea en millas por hora, kilómetros por hora o nudos. Se utilizan pequeñas púas o triángulos unidos a símbolos de dirección meteorológica para visualizar la velocidad del viento en los mapas meteorológicos. Dado que la velocidad del viento fluctúa tanto en un corto período de tiempo, los símbolos representan rangos de velocidad del viento.

Figura\(\PageIndex{8}\): Velocidad del viento. (Cortesía Wikimedia)

Una “regla general” para recordar los símbolos es, media barra=5 nudos, barba completa=10 nudos, bander=50 nudos.

Los patrones de velocidad y dirección del viento se pueden mostrar en los mapas meteorológicos, como el de la Figura 6-F. Como se describió anteriormente en el capítulo, el gradiente de presión determina la velocidad del viento. Observe cómo la velocidad del viento es mayor donde las isobarras están más cerca entre sí. Los símbolos de dirección del viento muestran el movimiento típico en el sentido de las agujas del reloj alrededor de los máximos y en sentido antihorario Las condiciones locales en el momento en que se recolectaron los datos pueden mostrar alguna desviación de esta generalización.

Figura\(\PageIndex{9}\): Mapa Meteorológico de Superficie. (Cortesía NWS NOAA)

Circulación superficial alrededor de altos y bajos.

Los efectos combinados del gradiente de presión, efecto Coriolis, fricción superficial se muestran en la Figura\(\PageIndex{10}\). Recordemos que el aire siempre fluye de mayor a menor presión. Alrededor de los sistemas de alta presión (H), el aire se dirige hacia afuera desde el centro. Alrededor de los sistemas de baja presión (L), el aire se dirige hacia adentro hacia el centro. Si el gradiente de presión fuera la única fuerza que actuaba sobre el aire, el viento se movería directamente a través de las isobarras en un ángulo perpedicular. En cambio, el viento se mueve a través de las isobarras en un ángulo de 10 ^o a 45 ^o. Debido a que el Efecto Coriolis dobla el aire a la derecha de su trayectoria (es decir, la dirección del gradiente de presión) en el hemisferio norte, el aire toma un flujo en el sentido de las agujas del reloj alrededor de altos y en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de mínimos. En el hemisferio sur, el aire circula en sentido antihorario alrededor de máximos y en sentido horario alrededor de mínimos.

Figura\(\PageIndex{10}\): Circulación superficial alrededor de sistemas de alta y baja presión

Por encima de la “capa de fricción”, solo el gradiente de presión y el efecto Coriolis operan sobre el viento. En latitudes particulares, el gradiente de presión opuesto y las fuerzas de Coriolis pueden equilibrarse entre sí alto en la troposfera por encima de la capa de fricción. Cuando esto ocurre, los vientos tienden a soplar paralelos a las isobarras. Los vientos que soplan aproximadamente paralelos a las isobarras se denominan “vientos geostróficos”. Las corrientes en chorro de rápido movimiento son tipo de viento geostrófico.