Los Colores del Cielo

  Habrás oído decir más de una vez que la luz del Sol es blanca. Esto, lo que realmente quiere decir, es que es la suma de todos los colores del espectro visible, aquellos que forman el arcoíris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta (ordenados de una mayor a menor longitud de onda).

 

  Sin embargo, al interactuar con la atmósfera de la Tierra, la luz choca en su camino con las partículas que la componen, principalmente nitrógeno y oxígeno. Dado el tamaño de estas partículas, se produce entonces el denominado “scattering Rayleigh”.

  Según este fenómeno, la probabilidad de dispersión de la luz es mayor cuanto menor es la longitud de onda. Así, mientras los colores rojos y naranjas siguen una trayectoria más o menos recta; los azules y violetas son dispersados en una mayor medida. Este hecho se traduce en el color azul que estamos tan acostumbrados a ver (pues el ojo humano es muy poco sensible al violeta).

 Imagen obtenida de la página web de NOAA Earth System Research Laboratory (http://www.esrl.noaa.gov)

  ¿Y los tonos anaranjados de amaneceres y anocheceres? En ambos momentos del día y dada la posición del Sol, cercana al horizonte, su luz debe atravesar una distancia mucho mayor de la atmósfera. Es por ello que el color azul es tan dispersado que se pierde y apenas llega nada a nuestros ojos. Cosa que, por contra, si hacen el naranja y rojo, responsables de teñir el cielo de esos tonos tan característicos.

 Imagen obtenida de la página web de NOAA Earth System Research Laboratory (http://www.esrl.noaa.gov)

La Presión Atmosférica: Configuraciones Isobáricas

   Ya hemos hablado previamente de la Presión Atmosférica y las Líneas Isobaras, elementos clave en los mapas de superficie que estamos acostumbrados a ver a diario en cualquier informativo meteorológico. Ahora bien, ¿cómo debemos interpretar estos mapas? Según la forma que toman las isobaras, podemos diferenciar entre varias configuraciones:

•   Depresión o borrasca: las líneas isobaras son cerradas y se sitúan de forma concéntrica, presentando formas más o menos circulares. El valor de la presión atmosférica disminuye hacia el centro, donde es mínima.

•   Anticiclón: las líneas isobaras, como en el caso de la depresión, son cerradas y se sitúan de manera concéntrica, aunque en este caso suelen presentar una forma más elíptica. El valor de la presión aumenta hacia el centro de la configuración.

•   Vaguada o surco: es una figura constituida por isobaras en forma de V, a modo de prolongación inferior de una depresión, siendo la presión más baja en su eje.

•   Dorsal o cuña: las líneas isobaras presentan una forma de U invertida, a modo de prolongación superior de un anticiclón, presentando la presión en este caso valores mayores en el eje.

•   Collado o silla de montar: es un área situada entre dos anticiclones y dos borrascas dispuestas en forma de cruz, haciendo que las isobaras adquieran formas de hipérbolas en sus proximidades.

•   Pantano barométrico: el término hace referencia a un área caracterizada por la baja presencia, o incluso ausencia, de líneas isobaras (esto es, presenta un gradiente muy bajo)

 

 

Imagen obtenida de "Fundamentos de Climatología", de Marisol Andrades Rodríguez y Carmen Múñez León

Regiones Climáticas en la Península Ibérica: el HJ-Biplot como Herramienta Didáctica

   Para ilustrar las características y diferencias entre algunos de los climas de la clasificación hecha en la anterior entrada, recurriremos a un método Biplot. 

   Un Biplot es una representación gráfica de una matriz de datos multivariante. Usaremos a continuación el HJ-Biplot de Galindo, donde representaremos variables (temperatura y precipitación para cada estación) e individuos (municipios) sobre el mismo sistema de coordenadas. Y para ello haremos uso del software MultBiplot de Vicente-Villardón.

   Trabajaremos con la siguiente matriz de datos, en la cual se han recopilado los datos de Temperaturas medias (ºC) y Precipitaciones medias (mm) para cada estación en varios municipios de la geografía ibérica durante el periodo 1971-2000 (datos obtenidos de las webs de la AEMET y del IPMA). Se considera para la primavera la media de los valores para los meses de marzo, abril y mayo; para el verano la de los meses de junio, julio y agosto; y así sucesivamente para otoño e invierno.

   Para interpretar un HJ-Biplot, debemos tener en cuenta los siguientes aspectos:

• Las variables (temperatura y precipitación para cada estación) se representan como vectores (flechas). La dirección indicada por las puntas de las flechas representa así la dirección en la que aumentan los valores de las variables correspondientes. La longitud de estos vectores será una medida de la variablidad de cada variable. Por su parte, el ángulo formado entre dos vectores nos informará acerca de la covariabilidad entre ambas variables.
• Los municipios se representan como puntos. Si dos puntos se encuentran muy próximos, éstos serán similares para las variables usadas, y al contrario si se encuentran alejados. Sus proyecciones sobre el vector de una variable representan, de forma aproximada, los valores que toman para dicha variable. Así podremos realizar una ordenación para cada variable. 

   ¿Qué observamos en la representación obtenida? Lo primero que debe llamarnos la atención es la agrupación de los municipios en tres conglomerados bastante diferenciados (se ha utilizado un color distinto para cada uno de estos grupos). Tratemos de entender este hecho.

   El eje horizontal se corresponderá con la temperatura en verano (valores positivos) y la precipitación en la misma estación (valores negativos). Así, las localidades situadas más a la derecha gozarán de altos valores de temperaturas y bajos de precipitación en los meses estivales.

   El eje vertical se asociará principalmente con la temperatura en invierno (valores negativos). De este modo, los municipios situados en la parte alta del gráfico presentarán temperaturas más bajas durante los meses de diciembre, enero y febrero que los localizados en la parte baja.

   Podemos diferenciar e interpretar ya los tres grupos formados: 

1. Faro, Valencia, Málaga y Sevilla: Altos valores de temperatura durante todo el año y bajos de precipitación (en especial en verano). Se corresponden con el clima mediterráneo. 
2. Bilbao, Santander, Oporto y La Coruña: Valores de precipitaciones más altos que la media durante todo el año. Por el contrario, las temperaturas en verano resultan más bajas que para el resto de municipios. Estamos ante ciudades con clima oceánico. 
3. Toledo, Zaragoza, Albacete y Salamanca: Se diferencian de las localidades con clima mediterráneo, principalmente, por presentar temperaturas en invierno mucho más bajas. Este grupo se corresponde con el clima mediterráneo continental. 

(Si quieres aprender más del HJ-Biplot puedes consultar su seminal paper aquí: GALINDO, M.P. (1986), Una Alternativa de Representación Simultánea: HJ-Biplot, Qüestiió 1: 13-23)

Regiones Climáticas en la Península Ibérica: una Primera Aproximación

   Tanto su situación geográfica como su compleja orografía, hacen de la Península Ibérica una región con una gran y rica variedad climática. Son numerosas las clasificaciones climáticas existentes, tal vez la más conocida y usada de todas ellas es la creada por Wladimir Köppen, la cual recibe de él su nombre. La clasificación de Köppen define diferentes regiones climáticas a partir de los valores medios mensuales de temperatura y precipitación, delimitando cada clima en base a su influencia sobre la distribución de vegetación.

Imagen de satélite del pasado 8 de diciembre de 2014 obtenida del perfil en Flickr de EUMETSAT

   No obstante, para asentar una primera base mucho más sencilla, optaremos por explicar el criterio de división más básico y clásico para la Península Ibérica, el que nos enseñan en el colegio desde pequeños y que ahora refrescaremos. Según esta clasificación, distinguimos: 

• Clima oceánico: se extiende por el norte y noroeste de la Península. Se caracteriza por la abundancia de precipitaciones y la suavidad de sus temperaturas durante todo el año.
• Clima mediterráneo: típico en el sur y toda la costa mediterránea. Las temperaturas son suaves en invierno y elevadas en verano, mientras que las precipitaciones son escasas e irregulares (concentrándose principalmente en primavera y otoño)
• Clima mediterráneo continental (mediterráneo de interior): es característico de las mesetas y la depresión del Ebro. Presenta intervalos de temperatura mucho más extremos, altos en verano pero mucho más bajos en invierno.
• Clima de montaña: se presenta en los grandes sistemas montañosos (Pirineos, Cordillera Cantábrica, Sistema Central…). Las temperaturas son muy bajas en invierno y suaves en verano, mientras que las precipitaciones se dan en un gran número de ocasiones en forma de nieve. 

   De todos modos, debemos ser conscientes de que cada uno de estos climas presentará a su vez una gran variedad interior propia. Así, en caso de profundizar en la temática, se podrá diferenciar dentro del clima mediterráneo entre su vertiente árida (en el Sureste peninsular) o la presente en el Valle del Guadalquivir, por ejemplo.

   Para finalizar, fuera de la Península, aunque dentro del territorio español, hablaríamos de un clima subtropical en las Islas Canarias, ocasionado por su situación geográfica, mucho más próxima al trópico de Cáncer. Sin embargo, la variedad dentro del propio archipiélago es muy amplia y merecedora por si sola de una futura entrada en la que hablar de ella.

¡Feliz Navidad!

El Dióxido de Carbono en la Atmósfera

  Muy probablemente, la idea que tengas del Dióxido de Carbono (CO₂) es la de un gas contaminante y nocivo para la vida humana, responsable del temido efecto invernadero que nos llevará a la extinción. Pues bien, borra esa imagen de tu cabeza, pues son muchas las mentiras y errores escritos y hablados respecto a ello.

  Como ya mencionamos en una entrada anterior, el CO₂ es uno de los componentes variables de la atmósfera. La cantidad de éste presenta una variación espacio-temporal, dependiente de varios factores. Por ejemplo, la cantidad de este gas en el aire es menor durante el día que durante la noche, o mayor sobre los continentes que sobre los océanos. Igualmente, también varía de forma estacional. Todo ello se muestra de forma fantástica en el siguiente vídeo de la NASA.

  Si bien es cierto que se trata de un gas que puede ser producido en procesos artificiales (industria, vehículos, calefacciones, incendios...), el CO₂ se encuentra también presente en la atmósfera de forma natural. Por ejemplo, puede entrar en la atmósfera desde la corteza terrestre a partir de fenómenos geotérmicos, o ser liberado durante la oxidación de compuestos orgánicos y en la respiración de algunos organismos.

  A pesar de su pequeño contenido, el papel del CO₂ en los procesos atmosféricos es de vital importancia. Es uno de los gases de "efecto invernadero" (que ya explicaremos más detenidamente en futuras entradas), receptor y emisor de radiaciones de onda del mismo orden que las emitidas por el suelo terrestre. Es decir, estos gases retienen la energía que el suelo emite, devolviendo una parte de ella a la superficie. De no existir este proceso, la temperatura de la Tierra sería mucho menor, dificultando la presencia humana (y de muchos animales y plantas) en este planeta.

  Además, debemos tener presente que el CO₂ es imprescindible para el desarrollo de la vida vegetal. Lo que sí resultará peligroso es el exceso de éste y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera, lo cual podría traducirse en un aumento de la temperatura. Y, desafortunadamente, esta es la tendencia continua que se ha dado en los últimos años: si antes de 1900 el contenido medio de CO₂ en el aire se estimó en 292 cm³/m³, las medidas realizadas a comienzos del siglo XXI daban valores superiores a los 370 cm³/m³

La Composición de la Atmósfera

  Desde un primer momento, debemos diferenciar entre aire húmedo y aire seco según la presencia o no, respectivamente, de vapor de agua. Es decir, podemos considerar el aire húmedo como una mezcla de aire seco y vapor de agua.

  Así, la composición del aire seco se muestra e ilustra en la tabla y el gráfico que siguen:

  Nitrogeno (N2), Oxígeno (O2), Argón (Ar) y Dióxido de carbono (CO2) son los cuatro componentes principales del aire seco. El resto estaría formado por otros en proporciones mucho menores, como Neón (0.0018%), Helio (0.0005%), Metano (0.0002%) o Kriptón (0.0001%).

  Mientras las proporciones de algunos de estos gases permanecen más o menos constantes, las de otros varían en el espacio y en el tiempo. Ejemplos de estos componentes "variables" son el dióxido de carbono, el ozono y, como se puede deducir del comienzo de esta entrada, el vapor de agua.

  Para finalizar, no podemos olvidarnos tampoco de otro elemento más, el conocido como aerosol atmósferico. Se trata de párticulas líquidas y sólidas en suspensión. Su origen puede ser tanto natural (tormentas de polvo, cenizas volcánicas) como procedentes de la actividad humana (productos de desecho de la actividad industrial)

La Presión Atmosférica: Campo Bárico, Superficies Isobáricas y Líneas Isobaras

  Para cada instante y para cada punto del espacio, tendremos un valor de presión atmosférica. Si fijásemos el tiempo (como si hiciésemos una foto), la distribución de los distintos valores de presión determinaría el campo bárico en ese instante concreto.

  En el campo bárico existirán puntos que presenten el mismo valor de presión atmosférica. Dichos puntos configuran las superficies isobáricas: superficies que presentan el mismo valor de la presión en todos sus puntos.

  El corte de estas superficies isobáricas con superficies de nivel determinará las líneas isobáricas: líneas cerradas que unen los puntos de igual presión en un plano. De este modo, si la superficie de nivel que usamos para realizar este corte es un plano horizontal al nivel del mar, obtendremos un mapa meteorológico de superficie.

  Las superficies isobáricas presentarán formas complejas y no se cortarán ni serán tangentes entre ellas. Con las líneas isobáricas nos ocurrirá lo mismo.

La Estructura Vertical de la Atmósfera

  La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea la superficie de nuestro planeta, al que permanece unida por atracción gravitatoria. Debido a ello, como el aire puede comprimirse mucho, esta envoltura será más densa a nivel del mar, disminuyendo esta cualidad a medida que aumentamos de altitud. Por esta razón, su límite superior no está bien definido.

  Como consecuencia de esta estratificación de su densidad, estarán igualmente estructuradas otras propiedades físicas. Atendiendo a la variación de una de ellas, la temperatura, podemos dividir la atmósfera en varias capas:

• La troposfera: es la capa inferior. Su espesor, próximo a los 10 kilómetros, varía según la latitud: desde valores más bajos en los polos (8 km) hasta mayores en el ecuador (12 km). En ella, por término general, la temperatura disminuye a medida que aumentamos la altura. Será nuestro particular "laboratorio", en el cual tendrán lugar la mayor parte de los fenómenos meteorológicos.
• La estratosfera: en ella nos encontraremos con la famosa capa de ozono. Se extenderá hasta los 50 kilómetros, mientras que la temperatura aumentará con la altura. Este hecho será justamente debido a la concentración de ozono, encargado de absorber la radiación ultravioleta del Sol (haciendo que así aumente la temperatura)
• La mesosfera: al igual que en la troposfera, la temperatura vuelve a disminuir con la altura. Esta capa se extiende aproximadamente hasta 80 kilómetros de altura.
• La termosfera: vuelve a producirse una inversión térmica, debida en este caso a la energía liberada en la disociación de átomos y moléculas por los rayos cósmicos y por fotones de alta energía procedentes del Sol. Su límite superior será difícil de definir.
• La exosfera: se produce la transición entre atmósfera y espacio: la densidad del aire sigue disminuyendo hasta que los gases son tan dispersos que la composición se asemeja a la del espacio exterior (prácticamente vacío)

  Cada una de estas capas estará separada por una región en la que la temperatura permanecerá más o menos constante. Para denominar dichas zonas, se utilizará el sufijo "-pausa" precedido del nombre de la capa inferior que limita. Así tendremos la tropopausa (entre troposfera y estratosfera), la estratopausa (entre estratosfera y mesosfera), la mesopausa (entre mesosfera y termosfera) y la termopausa (que limita la termosfera)

La Presión Atmosférica: el Experimento de Torricelli

   Fue el físico italiano Evangelista Torricelli, en 1643, el primero en lograr medir la presión atmosférica mediante un conocido y curioso experimento.

   Torricelli llenó con mercurio un tubo de 1 metro de longitud abierto por un extremo. Invirtiéndolo, sin dejar caer su contenido, lo introdujo en un recipiente que contenía la misma sustancia. La columna de mercurio del tubo descendió varios centímetros, pero no del todo, permaneciendo estática con una altura próxima a los 76 cm (760 mm)

   ¿Por qué la columna de mercurio no descendía totalmente? Torricelli dedujo que ello era debido a la fuerza que ejercía la atmósfera sobre la superficie de mercurio del recipiente. Esta presión debida al peso del aire era capaz de equilibar la presión ejercida por el peso del mercurio de la columna.

   Este fue el origen además de una de las unidades en las que se mide la presión: el milímetro de mercurio. Así, a nivel del mar y en condiciones normales, la presión atmosférica se correspondía con una columna de mercurio de altura 760 mm.

La Presión Atmosférica

   Habrás escuchado este término de forma constante en cualquier informativo o boletín meteorológico. Sin embargo, ¿sabes a qué nos referimos exactamente al hablar de presión atmosférica?

   La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre cada unidad de superficie. ¿Por qué ejerce la atmósfera esta fuerza? Muy sencillo: ella es debida al peso del propio aire que la compone (no nos olvidemos que el aire es una mezcla de gases y, como cualquier materia, pesa)

   Así, el valor de la presión atmosférica en un punto será igual al peso de la columna de aire de sección unidad, situada justo por encima de la posición considerada y que se extiende hasta el límite superior de la atmósfera.

   Para medir esta magnitud se utilizan los barómetros. Los valores obtenidos pueden expresarse en multitud de unidades: pascales (en el Sistema Internacional), bares, barias, atmósferas, milímetros de mercurio… En ciencias de la atmósfera, las unidades más usadas serán dos múltiplos de éstas: los milibares y los hectopascales (de igual valor entre ambas)