8.1: Preludio a la matemática y preparación conceptual para entender el movimiento atmosférico

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Esta lección le introduce los conceptos matemáticos y matemáticos que se requerirán para comprender y cuantificar la cinemática atmosférica, que es la descripción del movimiento atmosférico; y la dinámica atmosférica, que es una contabilidad de las fuerzas que causan los movimientos atmosféricos que llevar al clima. El tiempo es realmente solo el movimiento del aire en la horizontal y la vertical y las consecuencias de ese movimiento. El movimiento es causado por el viento y el viento tiene tanto dirección como velocidad, que se describen mejor por vectores.

La Tierra es una esfera giratoria, ligeramente aplastada. La atmósfera es una tenue capa delgada sobre este orbe, por lo que desde la visión limitada de un humano, la Tierra parece ser plana. Para algunas aplicaciones, un sistema simple de coordenadas cartesianas, con tres dimensiones en las direcciones x, y y z, parece una buena manera de describir matemáticamente el movimiento. Para procesos que ocurren a mayor escala, donde se nota la curvatura de la Tierra, debemos recurrir al uso de coordenadas que sean naturales para una esfera.

La forma en que se describe la dirección del viento surgió de las observaciones del viento, y ahora está firmemente implantada en la psique de todos los entusiastas del clima: este, norte, oeste y sur. Esta convención del viento, sin embargo, es bastante diferente a la utilizada en las ecuaciones que rigen el movimiento atmosférico, que son la base de los modelos de pronóstico del tiempo. Aquí veremos que una conversión entre las dos convenciones es sencilla pero requiere de cierto cuidado.

Por último, veremos que el movimiento del aire puede ser descrito por observadores fijos en el suelo (llamado el marco euleriano) o por alguien que cabalga junto con una parcela de aire móvil (llamada el marco lagrangiano). Estos dos puntos de vista son muy diferentes, pero veremos que están relacionados entre sí por advección, que es solo el movimiento del aire con diferentes propiedades (como temperatura, presión y humedad relativa) desde algún lugar a favor del viento del lugar donde se encuentre.

Con esta matemática y estos conceptos estarás listo para asumir la cinemática y dinámica atmosférica.