Fundamentos de la Climatología y la Dinámica de los Sistemas Terrestres

La Atmósfera Terrestre

Composición Atmosférica

La atmósfera se divide en capas según su composición:

• Homosfera: Contiene el 99% de la masa atmosférica. Su composición es homogénea, formada por aire, vapor de H₂O, O₃ (ozono) y CO₂.
• Heterosfera: Se encuentra a más de 80 km. Su composición varía debido a la separación de las masas de gases.

Presión Atmosférica (P_AT)

Es el peso de la columna de aire sobre un punto. La presión disminuye con la altura y varía con la latitud y las condiciones meteorológicas.

Estructura Vertical de la Atmósfera

La estructura vertical varía con la latitud y la estación del año:

• Troposfera: Su radio varía con la altitud. Concentra la mayor parte de la masa atmosférica y un alto porcentaje de H₂O. Es donde suceden los fenómenos meteorológicos.
• Estratosfera: Se extiende hasta los 50-60 km. Presenta un Gradiente Vertical de Temperatura (GVT) negativo. La capa de ozono (O₃) se encuentra entre los 15 y 30 km.
• Mesosfera: Se extiende hasta los 80-90 km. Presenta un GVT positivo.
• Termosfera: Formada por iones, puede alcanzar los 1000 ºC.
• Exosfera: Formada principalmente por hidrógeno atómico.

Interacción Energética y Balance Térmico

Radiación

• Las radiaciones más energéticas (Gamma, X, luz UV) son absorbidas en las capas altas.
• La radiación UV es absorbida por el ozono.
• La radiación infrarroja es absorbida por los gases atmosféricos.

Efecto Invernadero

Causado por gases como el CO₂, CH₄ y H₂O. Permite que la atmósfera alcance una temperatura superior a la que tendría sin ellos (que sería de -18 ºC).

Actividad Solar y Distancia Sol-Tierra

• Actividad Solar: Sigue un ciclo de actividad de 11 años. Se ha relacionado una pequeña glaciación con la detención de este ciclo.
• Distancia Sol-Tierra: Varía durante el año. La excentricidad de la órbita y la inclinación del eje terrestre provocan una variación en la distribución de la energía.

Albedo

Capacidad de una superficie para reflejar la radiación solar. Varía según la superficie:

• Polvo, Aerosoles y Nubes: Aumentan el albedo (ej. grandes volcanes, meteoritos, guerra nuclear, invierno nuclear).
• Vegetación: Absorbe más radiación. Los bosques favorecen la formación de nubes.
• Hielo: Presenta el máximo albedo.
• Superficie Oceánica: El albedo varía según el oleaje y el ángulo de incidencia.

Balance Energético

Distribución de la radiación solar incidente:

• 30% reflejado por polvo y aerosoles.
• 25% absorbido por gases del aire.
• 50% llega a la superficie.
• 5% reflejado por la superficie.

Humedad y Fenómenos de Precipitación

Tipos de Humedad

• Humedad Absoluta (HA): Cantidad de agua en el aire (g/m³). Depende de la presión.
• Humedad de Saturación (HS): Humedad absoluta máxima que el aire puede contener. Depende de la temperatura (Tª).
• Humedad Relativa (HR): Cociente entre la HA y la HS, expresado en porcentaje (%).
• Humedad Específica: Gramos de H₂O por kilogramo de aire.

Frentes Atmosféricos

• Frente Frío: El aire frío avanza, provocando lluvia intensa.
• Frente Cálido: El aire caliente avanza, provocando lluvia moderada.
• Frente Ocluido: Choque entre un frente frío y uno cálido.

Tipos de Precipitación

• Lluvia: Gota de agua líquida (1 a 5 mm).
• Nieve: Cristales de hielo.
• Granizo: Bolas de hielo compacto, formadas en cumulonimbos.
• Superficie: Rocío y escarcha.

Gradientes y Estabilidad Atmosférica

La estabilidad atmosférica se define por la relación entre los gradientes de temperatura:

• GVT (Gradiente Vertical de Temperatura): 6.5 ºC/km. Una inversión térmica implica un GVT negativo.
• GAS (Gradiente Adiabático Seco): 10 ºC/km. Ocurre sin intercambio de calor.
• GAH (Gradiente Adiabático Húmedo): 3 a 6 ºC/km.

Condiciones de Estabilidad

• GVT bajo: Indica tiempo estable y anticiclones.
• GVT > GAS/GAH: Indica que la atmósfera es siempre inestable, asociada a borrascas y al punto de rocío.
• GAS/GVT/GAH: La inestabilidad aumenta; a mayor humedad, mayor inestabilidad.

Dinámica y Circulación Atmosférica

Movimientos Fundamentales

• Convección: El aire se mueve por diferencias de densidad, creando corrientes de convección.
• Celda Convectiva: Conjunto cerrado de movimientos ascendentes, descendentes y vientos.
• Efecto Coriolis: Máximo en los polos y nulo en el ecuador. Es similar a la fuerza centrífuga; desvía los vientos, generando estructuras como los anticiclones.

Células de Circulación Global

• Célula de Hadley: La más activa, principal motor de los movimientos atmosféricos.
• Célula Polar: Mínima insolación, máximo albedo, altas presiones constantes.
• Célula de Ferrel: Descenso subtropical y ascenso polar, asociado al frente polar (sin latitud constante).

Cinturones Climáticos

• ZCIT (Zona de Convergencia Intertropical): Movimientos verticales, borrasca permanente, mucha lluvia, calmas ecuatoriales.
• Zona de Aliseos: Al norte y sur de las calmas ecuatoriales, vientos aliseos muy constantes.
• Cinturón Subtropical: Descenso de aire, anticiclón constante, precipitación escasa.
• Zona Templada: Vientos del oeste, alternancia de borrascas y anticiclones (B/A).
• Zona Subpolar: Origen del frente polar.

Sistemas de Presión

• Anticiclón: Altas presiones (P). El aire frío desciende, aumentando la presión. Es un sistema estable con giro en sentido horario.
• Borrasca: Bajas presiones (P). El aire caliente asciende, generando nubes y precipitaciones. Gira en sentido antihorario.
• Isobara: Líneas que unen puntos de igual presión.

Fenómenos de Baja Presión

• Tormentas: Borrascas locales, asociadas a cumulonimbos y lluvias intensas.
• Huracanes: Borrascas tropicales que se forman en la zona de aliseos al final del verano. Giran en sentido antihorario.
• Tornados: Depresiones pequeñas, de poca duración pero intensas.

La Hidrosfera y Oceanografía

Propiedades del Agua

El agua posee propiedades únicas:

• Alta temperatura de cambio de estado.
• Alta entalpía de cambio de estado.
• Alto calor específico (CE).
• Cambio de densidad (anomalía del agua).
• Buen disolvente.

Características del Agua de Mar

• Salinidad: 35 g/kg (principalmente Na⁺ y Cl⁻).
• Temperatura: Definida por la termoclina.
• Contenido de O₂.
• Densidad.

Movimientos Marinos

• Olas: Producidas por el roce del viento. La masa de agua no se desplaza, sino que las partículas realizan un movimiento circular. Son un agente erosivo intenso.
• Mareas: Variaciones del nivel del mar, producidas por la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol.

Circulación Termohalina

Movimientos verticales causados por la diferencia de densidad (temperatura y salinidad). Este proceso homogeniza la composición de los océanos y distribuye el calor globalmente.

Fenómenos Climáticos Oceánicos

• El Niño: Agua caliente en la costa de Perú. Provoca el descenso de la termoclina y la muerte de vida marina y aves.
• La Niña: Agua costera fría. Aumenta la temperatura del aire e intensifica las lluvias en otras regiones.

Glaciares

Masas de hielo que se desplazan lentamente por efecto de la gravedad (G).

Tipos de Glaciares

• Casquetes Glaciares: Gigantes, ocupan continentes y tienen forma de cúpula.
• Campos de Hielo: Zonas elevadas de las que descienden lenguas glaciares.
• Glaciares Alpinos: Pequeña zona de acumulación que forma una lengua de hielo hacia el valle, pudiendo formar icebergs al llegar al mar.