Dinàmica Global de Masses Fluides: Atmosfera i Oceans

Dinàmica de les masses fluides a escala global

La irradiació solar és molt més gran a l’equador que en els pols. La presència de les masses fluides fa possible el transport de la calor necessària per esmorteir aquestes diferències.

A. Dinàmica atmosfèrica

La circulació atmosfèrica horitzontal és portada a terme pel vent. El vent superficial és divergent en els anticiclons i convergent en les borrasques, mentre que per la part superior el vent d’altura ho fa en sentit contrari.

L’efecte Coriolis

La circumferència corresponent a l’equador de la Terra és molt més gran que la formada per cadascun dels paral·lels terrestres. Totes elles fan una volta completa amb cada moviment de rotació, per la qual cosa les més petites han de girar a menor velocitat que les grans.

Els vents circulen des dels anticiclons a les borrasques en sentit radial, seguint el gradient de pressió. No obstant això, en ser desviats per la força de Coriolis, el resultat és un gir en sentit horari al voltant dels anticiclons i antihorari a les borrasques.

Circulació general de l’atmosfera

A les zones equatorials l’escalfament és intens, ja que els rajos solars incideixen verticalment. A causa d’això, l’aire calent per contacte amb la superfície terrestre tendirà a ascendir, i donarà lloc a borrasques equatorials.

A les zones polars, les baixes temperatures provocaran l’aixafament de l’aire fred contra el sòl i l’assentament d’un anticicló polar.

Cèl·lula de Hadley

En les borrasques equatorials es produeix una elevació de l’aire càlid fins a assolir la tropopausa, on es dirigeix cap als dos pols com a vent horitzontal en altura.

L’anticicló subtropical de les Açores és aquell que exerceix una influència més gran en el clima del nostre país.

La cèl·lula es tanca pels alisis, vents superficials que bufen des d’aquests anticiclons subtropicals cap a l’equador, on convergeixen els dos hemisferis.

Cèl·lula Polar

El vent de superfície que prové dels anticiclons polars, el llevant polar, només assoleix, aproximadament, els 60º de latitud, on s’eleva de nou, formant les borrasques subpolars, que afecten el nostre territori, sobretot durant l’hivern.

Cèl·lula de Ferrel

Està situada entre les dues anteriors i es forma per l’acció dels vents superficials de l’oest que bufen des dels anticiclons desèrtics cap a les zones de les borrasques polars.

B. Dinàmica de la hidrosfera

La hidrosfera actua com a regulador tèrmic perquè gràcies a la seva elevada calor específica és capaç d’absorbir i emmagatzemar per temps una gran quantitat d’energia calorífica. Així, els oceans s'escalfen i es refreden més lentament que els continents. A causa d’això, a la mateixa latitud, els llocs emplaçats al costat del mar tenen una menor amplitud tèrmica que els situats a l’interior d’un continent. Les zones limítrofes a la costa posseeixen una menor amplitud tèrmica que l’interior dels continents, com a conseqüència de les brises marines.

La zona interior dels continents situats en les latituds mitjanes-altes presenta una elevada amplitud tèrmica dia-nit, hivern-estiu. En refredar-se molt el sòl durant l’hivern, l’aire situat just damunt també es refreda, per la qual cosa tendeix a aixafar-se contra el sòl, i origina un anticicló continental permanent.

Corrents superficials

Els principals corrents oceànics que recorren la zona central dels grans oceans realitzen una trajectòria que està condicionada pel gir del vent al voltant dels anticiclons. Exemples: Deriva de l’oest, el corrent del Golf, el corrent de les Canàries.

Corrents profunds

Originats per les diferències en la densitat de l’aigua, que és més gran com més freda i/o salada estigui, i tendeix a enfonsar-se per donar lloc a una circulació termohalina.

L’oceà global

El conjunt format per tots els mars i oceans del planeta. L’esmentada denominació resulta adequada a causa de la comunicació existent entre tots ells.

La cinta transportadora oceànica

És una espècie de riu d’aigua que recorre la majoria dels oceans del planeta: a la primera meitat de la seva trajectòria ho fa com a corrent profund, condicionat per la densitat, i en la segona en forma de corrent superficial.

El fenomen d’El Niño

Descriu les variacions cícliques de la temperatura de la superfície del mar al Pacífic tropical oriental i central, i els canvis associats en l'atmosfera. Es coneix com a ENSO (El Niño-Southern Oscillation).

ENSO neutral

És la situació normal de la costa peruana, en la qual no es produeixen ni El Niño ni La Niña. Segons aquesta situació, els vents alisis, que bufen d’est a oest, empenyen cap a l’oest l’aigua superficial del Pacífic sud, creant un buit a la zona est, al costat de les costes del Perú i l’Equador. El nivell del mar a Indonèsia és aproximadament mig metre més elevat que al costat de les costes del Perú.

El Niño

Està causat per un escalfament superficial excessiu de les aigües del Pacífic oriental al costat de les costes del Perú.

L’ENSO té lloc quan els vents alisis disminueixen i no arrosseguen l’aigua de la superfície oceànica cap a l’oest. Llavors l’aigua superficial es caldeja i es forma una borrasca. Així queden els núvols sobre la zona central de l’oceà Pacífic o al costat de la costa del Perú. No es produeix l’aflorament perquè persisteix la termoclina i la riquesa pesquera decau.

La Niña

Es diu així a una exageració de la situació normal que ocorre quan els vents alisis bufen amb més força del que és habitual.

La Niña origina pluges torrencials i un increment dels tifons a Indonèsia i Austràlia, i un creixement del nombre i de la intensitat de ciclons tropicals de l’Atlàntic.

Moviments verticals causats per la pressió atmosfèrica

La pressió en un punt geogràfic determinat no és sempre la mateixa, sinó que varia en funció de la humitat i la temperatura de l’aire. En els mapes del temps es tracen una sèrie d’isòbares la pressió de les quals disminueix des del centre cap a l’exterior. Per contra, diem que hi ha una borrasca quan ens trobem amb una zona de baixa pressió la qual disminueix des del centre cap a l’exterior.

Com es forma una borrasca?

Es produeix quan una massa d’aire poc dens en contacte amb la superfície terrestre comença a elevar-se. Empenyent la massa que prèviament ocupava l’espai, es crea un buit en el qual l’aire pesa menys. Llavors, l’aire fred dels voltants es mou originant un vent que bufa des de l’exterior fins al centre de la borrasca.

Com es forma un anticicló?

Quan una massa d’aire fred es troba situada a certa altura, tendeix a descendir fins a contactar amb el sòl. A la zona de contacte s’acumula molt l’aire i el vent tendeix a sortir des del centre cap a l’exterior.

A. Gradients verticals

GVT (Gradient Vertical de Temperatura)

Inversió tèrmica és l’espai aeri en el qual la temperatura augmenta amb l’altura en comptes de disminuir, és a dir, que el GVT sigui negatiu. Les inversions tèrmiques impedeixen els moviments verticals de l’aire i es poden presentar a qualsevol altura de la troposfera. Existeixen també versions tèrmiques ocasionals, com les d’hivern, en les quals el sòl refreda l’atmosfera immediata i aquesta resulta més freda que la superior.

GVA (Gradient Vertical Adiabàtic Sec)

Durant els ascensos disminueix la pressió atmosfèrica, amb la qual cosa la massa ascendent augmenta el seu volum expandint-se; això provocarà una disminució de la seva temperatura, ja que en ser menys densa hi ha una menor probabilitat de xoc entre les seves partícules. I en els descensos creix la pressió, per tant, disminueix el volum de la massa; la seva compressió fa que augmenti la seva temperatura per haver-hi més possibilitats de xoc entre les seves partícules, alliberant-se així més calor com a conseqüència dels xocs.

GAH (Gradient Adiabàtic Humit)

Quan la massa ascendent de la qual parlem en sec assoleix el punt de rosada, es condensa el vapor d’aigua que contenia i es forma un núvol. En la condensació s’allibera la calor latent que va permetre la seva evaporació, per la qual cosa el GAH no pot ser d’1 grau/100m, sinó que serà més reduït. El valor del GAH depèn de la quantitat de vapor d’aigua inicial; així doncs, com més gran sigui aquesta, menor serà el GAH, perquè com més quantitat de vapor, més alliberament de calor. Així, a les zones tropicals el seu valor serà el mínim a causa de la intensa evaporació i els núvols agafaran molta altura, arribaran a les proximitats de la tropopausa.

B. Condicions d’estabilitat i inestabilitat atmosfèriques

Condicions d’inestabilitat

S’anomenen així les condicions atmosfèriques que es donen quan existeixen moviments ascendents d’una massa d’aire la temperatura interior de la qual varia conforme al gradient dinàmic. Perquè l’ascens sigui possible, s’ha de complir la relació GVT > GAH o el que és el mateix, que l’aire exterior es refredi més de pressa.

Condicions d’estabilitat o subsidència

La situació de subsidència és inversa a la de convecció perquè està propiciada pel descens cap a la superfície d’una massa d’aire fred i dens que es troba a una determinada altura. Aquest es va assecant per escalfament. A la superfície, les subsidències generaran un anticicló per augment de la pressió atmosfèrica en aquesta zona. A causa de l’escalfament contra el sòl, els vents aniran des del centre cap a fora i així impedeixen l’entrada de precipitacions. Hi ha dos tipus de situacions d’estabilitat:

1. El GVT positiu i menor que el GAH. Es tracta d’una situació d’estabilitat atmosfèrica en la qual no es produeixen moviments verticals perquè la massa ascendent es refreda més ràpidament que l’aire de l’exterior.
2. El GVT negatiu (inversió tèrmica). En aquest cas ens trobem amb un fenomen d’inversió tèrmica que forma núvols arran del sòl, anomenats comunament boira, i que atrapa la contaminació.