La meteorología es una rama de las ciencias atmosféricas (que incluyen la química y la física atmosféricas) con un enfoque principal en el pronóstico del tiempo . El estudio de la meteorología se remonta a milenios atrás , aunque no se produjeron avances significativos en la meteorología hasta el siglo XVIII. El siglo XIX vio un progreso modesto en este campo después de que se formaran redes de observación meteorológica en amplias regiones. Los intentos anteriores de predicción del tiempo dependían de datos históricos. No fue hasta después de la elucidación de las leyes de la física, y más particularmente en la segunda mitad del siglo XX, el desarrollo de la computadora (que permitió la solución automatizada de un gran número de ecuaciones de modelado) que se produjeron avances significativos en el pronóstico del tiempo. logrado. Una rama importante de la previsión meteorológica es la previsión meteorológica marina en lo que se refiere a la seguridad marítima y costera, en la que los efectos meteorológicos también incluyen interacciones atmosféricas con grandes masas de agua.
Los fenómenos meteorológicos son fenómenos meteorológicos observables que se explican por la ciencia de la meteorología. Los fenómenos meteorológicos se describen y cuantifican mediante las variables de la atmósfera terrestre: temperatura, presión del aire, vapor de agua , flujo másico , y las variaciones e interacciones de estas variables, y cómo cambian con el tiempo. Se utilizan diferentes escalas espaciales para describir y predecir el clima a nivel local, regional y global.
La meteorología, la climatología , la física atmosférica y la química atmosférica son subdisciplinas de las ciencias atmosféricas . La meteorología y la hidrología componen el campo interdisciplinario de la hidrometeorología . Las interacciones entre la atmósfera de la Tierra y sus océanos son parte de un sistema acoplado océano-atmósfera. La meteorología tiene aplicaciones en muchos campos diversos, como el militar, la producción de energía, el transporte, la agricultura y la construcción.
La palabra meteorología proviene del griego antiguo μετέωρος metéōros ( meteorito ) y -λογία -logia ( -(o)logía ), que significa "el estudio de las cosas que se encuentran en lo alto del aire".
Los primeros intentos de predecir el tiempo a menudo estaban relacionados con la profecía y la adivinación , y en ocasiones se basaban en ideas astrológicas. Las religiones antiguas creían que los fenómenos meteorológicos estaban bajo el control de los dioses. [1] La capacidad de predecir lluvias e inundaciones basándose en ciclos anuales evidentemente fue utilizada por los humanos al menos desde la época de los asentamientos agrícolas, si no antes. Los primeros métodos para predecir el tiempo se basaban en la astrología y eran practicados por sacerdotes. Los egipcios tenían rituales para hacer llover ya en el año 3500 a.C. [1]
Los antiguos Upanishads indios contienen menciones de nubes y estaciones . [2] El Samaveda menciona sacrificios que debían realizarse cuando se notaban ciertos fenómenos. [3] La obra clásica de Varāhamihira , Brihatsamhita , escrita alrededor del año 500 d. C., [2] proporciona evidencia de la observación del clima.
Las inscripciones cuneiformes en tablillas babilónicas incluían asociaciones entre el trueno y la lluvia. Los caldeos diferenciaban los halos de 22° y 46° . [3]
Los antiguos griegos fueron los primeros en formular teorías sobre el clima. Muchos filósofos naturales estudiaron el clima. Sin embargo, como no existían instrumentos meteorológicos , la investigación fue en gran medida cualitativa y sólo podía juzgarse mediante especulaciones teóricas más generales. [4] Heródoto afirma que Tales predijo el eclipse solar del 585 a.C. Estudió las tablas de equinoccios babilónicos. [5] Según Séneca, dio la explicación de que la causa de las inundaciones anuales del Nilo se debía a los vientos del norte que obstaculizaban su descenso por el mar. [6] Anaximandro y Anaxímenes pensaban que los truenos y relámpagos eran causados por el aire que chocaba contra la nube, encendiendo así la llama. Las primeras teorías meteorológicas generalmente consideraban que había una sustancia parecida al fuego en la atmósfera. Anaximandro definió el viento como un flujo de aire, pero esto no fue generalmente aceptado durante siglos. [7] Anaxágoras propuso por primera vez una teoría para explicar el granizo de verano . Observó que la temperatura del aire disminuía al aumentar la altura y que las nubes contienen humedad. También observó que el calor hacía que los objetos se elevaran y, por lo tanto, el calor en un día de verano elevaría las nubes a una altitud donde la humedad se congelaría. [8] Empédocles teorizó sobre el cambio de las estaciones. Creía que el fuego y el agua se oponían en la atmósfera, y cuando el fuego ganaba, el resultado era el verano, y cuando lo hacía el agua, era el invierno. Demócrito también escribió sobre la inundación del Nilo. Dijo que durante el solsticio de verano, la nieve en el norte del mundo se derritió. Esto provocaría que los vapores formaran nubes, que provocarían tormentas cuando los vientos del norte las llevaran al Nilo, llenando así los lagos y el Nilo. [9] Hipócrates investigó el efecto del clima en la salud. Eudoxo afirmó que el mal tiempo seguía a períodos de cuatro años, según Plinio. [10]
Estas primeras observaciones formarían la base de la Meteorología de Aristóteles , escrita en el año 350 a.C. [11] [12] Aristóteles es considerado el fundador de la meteorología. [13] Uno de los logros más impresionantes descritos en Meteorología es la descripción de lo que hoy se conoce como ciclo hidrológico . Su trabajo seguiría siendo una autoridad en meteorología durante casi 2.000 años. [14]
El libro De Mundo (compuesto antes del 250 a. C. o entre el 350 y el 200 a. C.) señaló: [15]
Después de Aristóteles, el progreso en meteorología se estancó durante mucho tiempo. Teofrasto compiló un libro sobre predicción del tiempo, llamado Libro de los signos , así como Sobre los vientos . Dio cientos de señales de fenómenos meteorológicos durante un período de hasta un año. [16] Su sistema se basaba en dividir el año por la puesta y la salida de la Pléyade, mitades en solsticios y equinoccios, y la continuidad del clima durante esos períodos. También dividió los meses en luna nueva, cuarto día, octavo día y luna llena, en función de la probabilidad de que se produzca un cambio en el clima. El día se dividió en amanecer, media mañana, mediodía, media tarde y atardecer, con las correspondientes divisiones de la noche, siendo probable el cambio en una de estas divisiones. [17] Aplicando las divisiones y un principio de equilibrio en el clima anual, llegó a pronósticos como que si llueve mucho en el invierno, la primavera suele ser seca. Reglas basadas en acciones de animales también están presentes en su obra, como que si un perro rueda por el suelo, es señal de tormenta. También se consideraron importantes las estrellas fugaces y la Luna. Sin embargo, no hizo ningún intento de explicar estos fenómenos, refiriéndose únicamente al método aristotélico. [18] El trabajo de Teofrasto siguió siendo una influencia dominante en el pronóstico del tiempo durante casi 2.000 años. [19]
La meteorología continuó estudiándose y desarrollándose a lo largo de los siglos, pero no fue hasta el Renacimiento en los siglos XIV al XVII que se lograron avances significativos en este campo. Científicos como Galileo y Descartes introdujeron nuevos métodos e ideas, lo que condujo a la revolución científica en meteorología.
Las especulaciones sobre la causa de la inundación del Nilo terminaron cuando Eratóstenes , según Proclo , afirmó que se sabía que el hombre había ido a las fuentes del Nilo y observado las lluvias, aunque el interés por sus implicaciones continuó. [20]
Durante la era de la Grecia y Europa romanas , el interés científico por la meteorología decayó. En el siglo I a. C., la mayoría de los filósofos naturales afirmaban que las nubes y los vientos se extendían hasta 111 millas, pero Posidonio pensaba que alcanzaban hasta cinco millas, después de lo cual el aire era claro, líquido y luminoso. Siguió de cerca las teorías de Aristóteles. A finales del siglo II a. C., el centro de la ciencia se trasladó de Atenas a Alejandría , donde se encontraba la antigua Biblioteca de Alejandría . En el siglo II d. C., el Almagesto de Ptolomeo se ocupaba de la meteorología, porque se la consideraba un subconjunto de la astronomía. Dio varias predicciones meteorológicas astrológicas. [21] Construyó un mapa del mundo dividido en zonas climáticas según su iluminación, en el que la duración del solsticio de verano aumentaba media hora por zona entre el ecuador y el Ártico. [22] Ptolomeo escribió sobre la refracción atmosférica de la luz en el contexto de observaciones astronómicas. [23]
En el año 25 d.C., Pomponio Mela , un geógrafo romano, formalizó el sistema de zonas climáticas. [24] En 63-64 d.C., Séneca escribió Naturales quaestiones . Fue una recopilación y síntesis de las teorías griegas antiguas. Sin embargo, la teología era de suma importancia para Séneca y creía que fenómenos como los rayos estaban ligados al destino. [25] El segundo libro (capítulo) de la Historia Natural de Plinio cubre la meteorología. Afirma que más de veinte autores griegos antiguos estudiaron la meteorología. No hizo ninguna contribución personal y el valor de su trabajo radica en preservar especulaciones anteriores, al igual que el trabajo de Séneca. [26]
Del 400 al 1100, el clero conservó el saber científico en Europa. Isidoro de Sevilla dedicó una considerable atención a la meteorología en Etymologiae , De ordine creaturum y De natura rerum . Beda el Venerable fue el primer inglés en escribir sobre el tiempo en De Natura Rerum en 703. La obra era un resumen de las fuentes clásicas existentes en ese momento. Sin embargo, las obras de Aristóteles se perdieron en gran medida hasta el siglo XII, incluida Meteorologica . Isidoro y Beda tenían una mentalidad científica, pero se adhirieron a la letra de las Escrituras . [27]
La civilización islámica tradujo al árabe muchas obras antiguas que fueron transmitidas y traducidas al latín en Europa occidental. [28]
En el siglo IX, Al-Dinawari escribió el Kitab al-Nabat (Libro de las Plantas), en el que aborda la aplicación de la meteorología a la agricultura durante la Revolución Agrícola Árabe . Describe el carácter meteorológico del cielo, los planetas y constelaciones , el sol y la luna , las fases lunares que indican las estaciones y las lluvias, los anwa ( cuerpos celestes de lluvia) y los fenómenos atmosféricos como vientos, truenos, relámpagos, nieve, inundaciones. , valles, ríos, lagos. [29] [30]
En 1021, Alhazen demostró que la refracción atmosférica también es responsable del crepúsculo en Opticae thesaurus ; estimó que el crepúsculo comienza cuando el sol está a 19 grados por debajo del horizonte , y también utilizó una determinación geométrica basada en esto para estimar la altura máxima posible de la atmósfera terrestre en 52.000 passim (unas 49 millas o 79 km). [31]
Adelardo de Bath fue uno de los primeros traductores de los clásicos. También trató temas meteorológicos en sus Quaestiones naturales . Pensó que el aire denso producía propulsión en forma de viento. Explicó el trueno diciendo que se debía al hielo que chocaba en las nubes y que en verano se derretía. En el siglo XIII, las teorías aristotélicas restablecieron el dominio en la meteorología. Durante los siguientes cuatro siglos, el trabajo meteorológico en general fue principalmente comentario . Se ha estimado que se escribieron más de 156 comentarios sobre Meteorologica antes de 1650. [32]
La evidencia experimental era menos importante que apelar a los clásicos y a la autoridad en el pensamiento medieval. En el siglo XIII, Roger Bacon defendió la experimentación y el enfoque matemático. En su Opus majus , siguió la teoría de Aristóteles sobre la atmósfera compuesta de agua, aire y fuego, complementada con pruebas ópticas y geométricas. Observó que las zonas climáticas de Ptolomeo debían ajustarse a la topografía . [33]
San Alberto Magno fue el primero en proponer que cada gota de lluvia que caía tenía la forma de una pequeña esfera, y que esta forma significaba que el arco iris se producía por la luz que interactuaba con cada gota de lluvia. [34] Roger Bacon fue el primero en calcular el tamaño angular del arco iris. Afirmó que una cumbre arcoíris no puede aparecer a más de 42 grados sobre el horizonte. [35]
A finales del siglo XIII y principios del XIV, Kamāl al-Dīn al-Fārisī y Teodorico de Freiberg fueron los primeros en dar las explicaciones correctas para el fenómeno primario del arco iris . Teodorico fue más allá y también explicó el arco iris secundario. [36]
A mediados del siglo XVI, la meteorología se había desarrollado siguiendo dos líneas: la ciencia teórica basada en Meteorologica y la predicción astrológica del tiempo. La predicción pseudocientífica mediante signos naturales se hizo popular y gozó de la protección de la Iglesia y los príncipes. Esto fue apoyado por científicos como Johannes Muller , Leonard Digges y Johannes Kepler . Sin embargo, hubo escépticos. En el siglo XIV, Nicole Oresme creía que la predicción del tiempo era posible, pero que en aquel momento se desconocían las reglas para ello. La influencia astrológica en la meteorología persistió hasta el siglo XVIII. [37]
De Subilitate (1550) de Gerolamo Cardano fue la primera obra que cuestionó aspectos fundamentales de la teoría aristotélica. Cardano sostuvo que sólo había tres elementos básicos: tierra, aire y agua. Descartó el fuego porque necesitaba material para propagarse y no producía nada. Cardano pensaba que había dos tipos de aire: aire libre y aire cerrado. Los primeros destruyeron las cosas inanimadas y preservaron las animadas, mientras que los segundos tuvieron el efecto contrario. [38]
El Discurso sobre el método de René Descartes (1637) tipifica el comienzo de la revolución científica en meteorología. Su método científico tenía cuatro principios: nunca aceptar nada a menos que uno supiera claramente que era verdad; dividir cada problema difícil en pequeños problemas que hay que abordar; ir de lo simple a lo complejo, buscando siempre las relaciones; ser lo más completo y exhaustivo posible sin prejuicios. [39]
En el apéndice Les Meteores , aplicó estos principios a la meteorología. Discutió los cuerpos terrestres y los vapores que de ellos se desprenden, procediendo a explicar la formación de las nubes a partir de gotas de agua y los vientos, disolviéndose luego las nubes en lluvia, granizo y nieve. También habló de los efectos de la luz en el arco iris. Descartes planteó la hipótesis de que todos los cuerpos estaban compuestos de pequeñas partículas de diferentes formas y entrelazamientos. Todas sus teorías se basaron en esta hipótesis. Explicó que la lluvia era causada por nubes que se volvían demasiado grandes para que el aire las sostuviera, y que las nubes se convertían en nieve si el aire no era lo suficientemente cálido para derretirlas, o en granizo si se topaban con vientos más fríos. Al igual que sus predecesores, el método de Descartes era deductivo, ya que los instrumentos meteorológicos aún no estaban desarrollados ni utilizados ampliamente. Introdujo el sistema de coordenadas cartesianas en la meteorología y destacó la importancia de las matemáticas en las ciencias naturales. Su trabajo estableció la meteorología como una rama legítima de la física. [40]
En el siglo XVIII, la invención del termómetro y el barómetro permitió mediciones más precisas de temperatura y presión, lo que condujo a una mejor comprensión de los procesos atmosféricos. Este siglo también vio el nacimiento de la primera sociedad meteorológica, la Societas Meteorologica Palatina en 1780. [41]
En el siglo XIX, los avances tecnológicos como el telégrafo y la fotografía llevaron a la creación de redes de observación meteorológica y la capacidad de rastrear tormentas. Además, los científicos comenzaron a utilizar modelos matemáticos para hacer predicciones sobre el clima. El siglo XX vio el desarrollo de la tecnología de radar y satélite, que mejoró enormemente la capacidad de observar y rastrear los sistemas meteorológicos. Además, los meteorólogos y científicos atmosféricos comenzaron a crear los primeros pronósticos meteorológicos y predicciones de temperatura. [42]
En los siglos XX y XXI, con la llegada de los modelos informáticos y los macrodatos, la meteorología se ha vuelto cada vez más dependiente de métodos numéricos y simulaciones informáticas. Esto ha mejorado enormemente la previsión meteorológica y las predicciones climáticas. Además, la meteorología se ha expandido para incluir otras áreas como la calidad del aire, la química atmosférica y la climatología. El avance de las tecnologías observacionales, teóricas y computacionales ha permitido predicciones meteorológicas cada vez más precisas y una comprensión de los patrones climáticos y la contaminación del aire. En la actualidad, con los avances en el pronóstico del tiempo y la tecnología satelital, la meteorología se ha convertido en una parte integral de la vida cotidiana y se utiliza para muchos propósitos, como la aviación, la agricultura y la gestión de desastres. [ cita necesaria ]
En 1441, el hijo del rey Sejong , el príncipe Munjong de Corea, inventó el primer pluviómetro estandarizado . [43] Estos fueron enviados a lo largo de la dinastía Joseon de Corea como una herramienta oficial para evaluar los impuestos a la tierra en función de la cosecha potencial de un agricultor. En 1450, Leone Battista Alberti desarrolló un anemómetro de placa oscilante y fue conocido como el primer anemómetro . [44] En 1607, Galileo Galilei construyó un termoscopio . En 1611, Johannes Kepler escribió el primer tratado científico sobre los cristales de nieve: "Strena Seu de Nive Sexangula (Un regalo de año nuevo de nieve hexagonal)". [45] En 1643, Evangelista Torricelli inventó el barómetro de mercurio . [44] En 1662, Sir Christopher Wren inventó el pluviómetro mecánico, autovaciante y basculante. En 1714, Gabriel Fahrenheit creó una escala confiable para medir la temperatura con un termómetro de tipo mercurio . [46] En 1742, Anders Celsius , un astrónomo sueco, propuso la escala de temperatura "centígrada", predecesora de la actual escala Celsius . [47] En 1783, Horace-Bénédict de Saussure demostró el primer higrómetro capilar . En 1802-1803, Luke Howard escribió Sobre la modificación de las nubes , en el que asigna nombres latinos a los tipos de nubes . [48] En 1806, Francis Beaufort introdujo su sistema para clasificar las velocidades del viento . [49] Cerca del final del siglo XIX se publicaron los primeros atlas de nubes , incluido el Atlas Internacional de Nubes , que ha permanecido impreso desde entonces. El lanzamiento en abril de 1960 del primer satélite meteorológico exitoso , TIROS-1 , marcó el comienzo de la era en la que la información meteorológica estuvo disponible a nivel mundial.
En 1648, Blaise Pascal redescubrió que la presión atmosférica disminuye con la altura y dedujo que existe un vacío sobre la atmósfera. [50] En 1738, Daniel Bernoulli publicó la Hidrodinámica , iniciando la teoría cinética de los gases y estableciendo las leyes básicas para la teoría de los gases. [51] En 1761, Joseph Black descubrió que el hielo absorbe calor sin cambiar su temperatura al derretirse. En 1772, el alumno de Black, Daniel Rutherford, descubrió el nitrógeno , al que llamó aire flogistizado , y juntos desarrollaron la teoría del flogisto . [52] En 1777, Antoine Lavoisier descubrió el oxígeno y desarrolló una explicación para la combustión. [53] En 1783, en el ensayo de Lavoisier "Reflexions sur le phlogistique", [54] desaprueba la teoría del flogisto y propone una teoría calórica . [55] [56] En 1804, John Leslie observó que una superficie negra mate irradia calor de manera más efectiva que una superficie pulida, lo que sugiere la importancia de la radiación del cuerpo negro . En 1808, John Dalton defendió la teoría calórica en Un nuevo sistema de química y describió cómo se combina con la materia, especialmente los gases; propuso que la capacidad calorífica de los gases varía inversamente con el peso atómico . En 1824, Sadi Carnot analizó la eficiencia de las máquinas de vapor utilizando la teoría calórica; desarrolló la noción de un proceso reversible y, al postular que tal cosa no existe en la naturaleza, sentó las bases para la segunda ley de la termodinámica . En 1716, Edmund Halley sugirió que las auroras son causadas por "efluvios magnéticos" que se mueven a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra .
En 1494, Cristóbal Colón experimentó un ciclón tropical, lo que dio lugar al primer relato escrito europeo de un huracán. [57] En 1686, Edmund Halley presentó un estudio sistemático de los vientos alisios y los monzones e identificó el calentamiento solar como la causa de los movimientos atmosféricos. [58] En 1735, George Hadley escribió una explicación ideal de la circulación global a través del estudio de los vientos alisios . [59] En 1743, cuando un huracán impidió a Benjamín Franklin ver un eclipse lunar , decidió que los ciclones se mueven de manera contraria a los vientos en su periferia. [60] La comprensión de la cinemática de cómo exactamente la rotación de la Tierra afecta el flujo de aire fue parcial al principio. Gaspard-Gustave Coriolis publicó un artículo en 1835 sobre el rendimiento energético de máquinas con piezas giratorias, como las ruedas hidráulicas. [61] En 1856, William Ferrel propuso la existencia de una célula de circulación en las latitudes medias, y el aire en su interior desviado por la fuerza de Coriolis dando como resultado los vientos predominantes del oeste. [62] A finales del siglo XIX, se entendía que el movimiento de masas de aire a lo largo de isobaras era el resultado de la interacción a gran escala de la fuerza del gradiente de presión y la fuerza de desviación. En 1912, esta fuerza desviadora se denominó efecto Coriolis. [63] Justo después de la Primera Guerra Mundial, un grupo de meteorólogos en Noruega dirigido por Vilhelm Bjerknes desarrolló el modelo de ciclones noruego que explica la generación, intensificación y desintegración final (el ciclo de vida) de los ciclones de latitudes medias , e introdujo la idea de frentes. , es decir, límites claramente definidos entre masas de aire . [64] El grupo incluía a Carl-Gustaf Rossby (quien fue el primero en explicar el flujo atmosférico a gran escala en términos de dinámica de fluidos ), Tor Bergeron (quien determinó por primera vez cómo se forma la lluvia) y Jacob Bjerknes .
A finales del siglo XVI y la primera mitad del XVII se inventaron una serie de instrumentos meteorológicos: el termómetro , el barómetro , el hidrómetro , así como los anemómetros y pluviómetros. En la década de 1650, los filósofos naturales empezaron a utilizar estos instrumentos para registrar sistemáticamente las observaciones meteorológicas. Las academias científicas establecieron diarios meteorológicos y organizaron redes de observación. [65] En 1654, Fernando II de Medici estableció la primera red de observación meteorológica , que constaba de estaciones meteorológicas en Florencia , Cutigliano , Vallombrosa , Bolonia , Parma , Milán , Innsbruck , Osnabrück , París y Varsovia . Los datos recopilados se enviaron a Florencia a intervalos regulares. [66] En la década de 1660, Robert Hooke, de la Royal Society de Londres, patrocinó redes de observadores meteorológicos. El tratado de Hipócrates , Aire, agua y lugares, vinculaba el clima con las enfermedades. Así, los primeros meteorólogos intentaron correlacionar los patrones climáticos con los brotes epidémicos y el clima con la salud pública. [sesenta y cinco]
Durante el Siglo de las Luces, la meteorología intentó racionalizar la tradición meteorológica tradicional, incluida la meteorología astrológica. Pero también hubo intentos de establecer una comprensión teórica de los fenómenos meteorológicos. Edmond Halley y George Hadley intentaron explicar los vientos alisios . Razonaron que la masa creciente de aire calentado del ecuador es reemplazada por una entrada de aire más frío desde latitudes altas. Un flujo de aire caliente a gran altura desde el ecuador hacia los polos estableció a su vez una imagen temprana de la circulación. La frustración por la falta de disciplina entre los observadores meteorológicos y la mala calidad de los instrumentos llevaron a los primeros estados nacionales modernos a organizar grandes redes de observación. Así, a finales del siglo XVIII, los meteorólogos tenían acceso a grandes cantidades de datos meteorológicos fiables. [65] En 1832, el barón Schilling creó un telégrafo electromagnético . [67] La llegada del telégrafo eléctrico en 1837 proporcionó, por primera vez, un método práctico para recopilar rápidamente observaciones meteorológicas en superficie desde un área amplia. [68]
Estos datos podrían utilizarse para producir mapas del estado de la atmósfera de una región cercana a la superficie de la Tierra y estudiar cómo evolucionaron estos estados a lo largo del tiempo. Hacer pronósticos meteorológicos frecuentes basados en estos datos requería una red confiable de observaciones, pero no fue hasta 1849 que el Instituto Smithsonian comenzó a establecer una red de observación en todo Estados Unidos bajo el liderazgo de Joseph Henry . [69] En ese momento se establecieron redes de observación similares en Europa. El reverendo William Clement Ley fue clave en la comprensión de los cirros y en los primeros conocimientos sobre las corrientes en chorro . [70] Charles Kenneth Mackinnon Douglas, conocido como 'CKM' Douglas, leyó los artículos de Ley después de su muerte y continuó con los primeros estudios de los sistemas meteorológicos. [71] Los investigadores en meteorología del siglo XIX procedían de entornos militares o médicos, en lugar de estar formados como científicos dedicados. [72] En 1854, el gobierno del Reino Unido nombró a Robert FitzRoy para la nueva oficina de Estadístico Meteorológico de la Junta de Comercio con la tarea de recopilar observaciones meteorológicas en el mar. La oficina de FitzRoy se convirtió en 1854 en la Oficina Meteorológica del Reino Unido , el segundo servicio meteorológico nacional más antiguo del mundo (la Institución Central de Meteorología y Geodinámica (ZAMG) de Austria se fundó en 1851 y es el servicio meteorológico más antiguo del mundo). Los primeros pronósticos meteorológicos diarios realizados por la oficina de FitzRoy se publicaron en el periódico The Times en 1860. Al año siguiente se introdujo un sistema que consistía en izar conos de advertencia de tormentas en los principales puertos cuando se esperaba un vendaval.
FitzRoy acuñó el término "previsión meteorológica" y trató de separar los enfoques científicos de los proféticos. [73]
Durante los siguientes 50 años, muchos países establecieron servicios meteorológicos nacionales. El Departamento Meteorológico de la India (1875) se estableció para seguir los ciclones y monzones tropicales . [74] La Oficina Central Meteorológica de Finlandia (1881) se formó a partir de parte del Observatorio Magnético de la Universidad de Helsinki . [75] El Observatorio Meteorológico de Tokio de Japón, precursor de la Agencia Meteorológica de Japón , comenzó a construir mapas meteorológicos de superficie en 1883. [76] La Oficina Meteorológica de los Estados Unidos (1890) se estableció bajo el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos . La Oficina Australiana de Meteorología (1906) fue establecida mediante una Ley de Meteorología para unificar los servicios meteorológicos estatales existentes. [77] [78]
En 1904, el científico noruego Vilhelm Bjerknes argumentó por primera vez en su artículo La previsión meteorológica como un problema de mecánica y física que debería ser posible pronosticar el tiempo a partir de cálculos basados en leyes naturales . [79] [80]
No fue hasta finales del siglo XX que los avances en la comprensión de la física atmosférica condujeron a la fundación de la predicción numérica del tiempo moderna . En 1922, Lewis Fry Richardson publicó "Weather Prediction By Numerical Process", [81] después de encontrar notas y derivaciones en las que trabajó como conductor de ambulancia en la Primera Guerra Mundial. Describió cómo los términos pequeños en las ecuaciones de dinámica de fluidos de pronóstico que gobiernan el flujo atmosférico podrían despreciarse, y se podría idear un esquema de cálculo numérico que permitiera realizar predicciones. Richardson imaginó un gran auditorio con miles de personas realizando los cálculos. Sin embargo, la gran cantidad de cálculos necesarios era demasiado grande para completarlos sin computadoras electrónicas, y el tamaño de la cuadrícula y los pasos de tiempo utilizados en los cálculos llevaron a resultados poco realistas. Aunque el análisis numérico descubrió más tarde que esto se debía a la inestabilidad numérica .
A partir de la década de 1950, los pronósticos numéricos con computadoras se volvieron factibles. [82] Los primeros pronósticos meteorológicos derivados de esta manera utilizaron modelos barotrópicos (de un solo nivel vertical) y pudieron predecir con éxito el movimiento a gran escala de las ondas de Rossby de latitudes medias , es decir, el patrón de máximas y mínimas atmosféricas . [83] En 1959, la Oficina Meteorológica del Reino Unido recibió su primera computadora, una Ferranti Mercury . [84]
En la década de 1960, la naturaleza caótica de la atmósfera fue observada y descrita matemáticamente por primera vez por Edward Lorenz , fundando el campo de la teoría del caos . [85] Estos avances han llevado al uso actual de la predicción por conjuntos en la mayoría de los principales centros de predicción, para tener en cuenta la incertidumbre que surge de la naturaleza caótica de la atmósfera. [86] Se han desarrollado modelos matemáticos utilizados para predecir el tiempo a largo plazo de la Tierra ( modelos climáticos ), que hoy en día tienen una resolución tan burda como los modelos de predicción del tiempo más antiguos. Estos modelos climáticos se utilizan para investigar cambios climáticos a largo plazo , como qué efectos podrían causar las emisiones humanas de gases de efecto invernadero .
Los meteorólogos son científicos que estudian y trabajan en el campo de la meteorología. [87] La Sociedad Meteorológica Estadounidense publica y actualiza continuamente un glosario electrónico autorizado de meteorología . [88] Los meteorólogos trabajan en agencias gubernamentales , servicios privados de consultoría e investigación , empresas industriales, servicios públicos, estaciones de radio y televisión , y en la educación . En Estados Unidos, los meteorólogos ocuparon alrededor de 10.000 puestos de trabajo en 2018. [89]
Aunque los pronósticos y advertencias meteorológicas son los productos más conocidos de los meteorólogos para el público, los presentadores del tiempo en radio y televisión no son necesariamente meteorólogos profesionales. En la mayoría de los casos son reporteros con poca formación meteorológica formal, que utilizan títulos no regulados como especialista en meteorología o meteorólogo . La Sociedad Meteorológica Estadounidense y la Asociación Meteorológica Nacional emiten "Sellos de aprobación" a los locutores meteorológicos que cumplen con ciertos requisitos, pero no es obligatorio que los medios los contraten.
Cada ciencia tiene sus propios conjuntos únicos de equipos de laboratorio. En la atmósfera hay muchas cosas o cualidades de la atmósfera que se pueden medir. La lluvia, que se puede observar o ver en cualquier lugar y en cualquier momento, fue una de las primeras cualidades atmosféricas medidas históricamente. Además, otras dos cualidades medidas con precisión son el viento y la humedad. Ninguno de estos se puede ver pero se puede sentir. Los aparatos para medir estos tres surgieron a mediados del siglo XV y fueron respectivamente el pluviómetro , el anemómetro y el higrómetro. Antes del siglo XV se habían hecho muchos intentos de construir equipos adecuados para medir las numerosas variables atmosféricas. Muchos tenían algún defecto o simplemente no eran fiables. Incluso Aristóteles señaló esto en algunas de sus obras como la dificultad para medir el aire.
Los conjuntos de mediciones de superficie son datos importantes para los meteorólogos. Proporcionan una instantánea de una variedad de condiciones climáticas en un solo lugar y generalmente se encuentran en una estación meteorológica , un barco o una boya meteorológica . Las mediciones tomadas en una estación meteorológica pueden incluir cualquier número de observables atmosféricos. Habitualmente, la temperatura, la presión , las mediciones del viento y la humedad son las variables que se miden mediante un termómetro, barómetro, anemómetro e higrómetro, respectivamente. [90] Las estaciones profesionales también pueden incluir sensores de calidad del aire ( monóxido de carbono , dióxido de carbono , metano , ozono , polvo y humo ), ceilómetro (techo de nubes), sensor de precipitación, sensor de inundaciones , sensor de rayos , micrófono ( explosiones , estampidos sónicos). , truenos ), piranómetro / pirheliómetro / espectrorradiómetro ( fotodiodos IR/Vis/UV ), pluviómetro / nivómetro , contador de centelleo ( radiación de fondo , lluvia radiactiva , radón ), sismómetro ( terremotos y temblores), transmisómetro (visibilidad) y GPS Reloj para registro de datos . Los datos de altitud son de crucial importancia para el pronóstico del tiempo. La técnica más utilizada son los lanzamientos de radiosondas . Como complemento a las radiosondas, la Organización Meteorológica Mundial organiza una red de recogida de aeronaves .
La teledetección , tal como se utiliza en meteorología, es el concepto de recopilar datos de fenómenos meteorológicos remotos y posteriormente producir información meteorológica. Los tipos comunes de teledetección son el radar , el Lidar y los satélites (o fotogrametría ). Cada uno recopila datos sobre la atmósfera desde una ubicación remota y, por lo general, almacena los datos donde se encuentra el instrumento. El radar y el Lidar no son pasivos porque ambos utilizan radiación EM para iluminar una porción específica de la atmósfera. [91] Los satélites meteorológicos, junto con los satélites de observación de la Tierra de uso más general que giran alrededor de la Tierra a diversas altitudes, se han convertido en una herramienta indispensable para estudiar una amplia gama de fenómenos, desde incendios forestales hasta El Niño .
El estudio de la atmósfera se puede dividir en distintas áreas que dependen tanto de escalas temporales como espaciales. En un extremo de esta escala se encuentra la climatología. En las escalas de tiempo de horas a días, la meteorología se separa en meteorología de escala micro, meso y sinóptica. Respectivamente, el tamaño geoespacial de cada una de estas tres escalas se relaciona directamente con la escala de tiempo apropiada.
Se utilizan otras subclasificaciones para describir los efectos únicos, locales o amplios dentro de esas subclases.
La meteorología a microescala es el estudio de los fenómenos atmosféricos en una escala de aproximadamente 1 kilómetro (0,62 millas) o menos. En esta escala se modelan tormentas individuales, nubes y turbulencias locales causadas por edificios y otros obstáculos (como colinas individuales). [93]
La meteorología de mesoescala es el estudio de los fenómenos atmosféricos que tiene escalas horizontales que van desde 1 km hasta 1000 km y una escala vertical que comienza en la superficie terrestre e incluye la capa límite atmosférica, la troposfera, la tropopausa y la sección inferior de la estratosfera . Las escalas de tiempo de mesoescala duran desde menos de un día hasta varias semanas. Los fenómenos que suelen ser de interés son las tormentas , las líneas de turbonada , los frentes , las bandas de precipitación en ciclones tropicales y extratropicales y los sistemas meteorológicos generados topográficamente, como las olas de las montañas y las brisas marinas y terrestres . [94]
La meteorología a escala sinóptica predice cambios atmosféricos a escalas de hasta 1000 km y 10 5 segundos (28 días), en el tiempo y el espacio. En la escala sinóptica, la aceleración de Coriolis que actúa sobre masas de aire en movimiento (fuera de los trópicos) juega un papel dominante en las predicciones. Los fenómenos típicamente descritos por la meteorología sinóptica incluyen eventos como ciclones extratropicales, vaguadas y crestas baroclínicas, zonas frontales y, en cierta medida, corrientes en chorro . Todos estos suelen aparecer en mapas meteorológicos para un momento específico. La escala horizontal mínima de los fenómenos sinópticos se limita al espaciamiento entre estaciones de observación de superficie . [95]
La meteorología a escala global es el estudio de los patrones climáticos relacionados con el transporte de calor desde los trópicos a los polos . A esta escala son importantes las oscilaciones a muy gran escala. Estas oscilaciones tienen períodos de tiempo típicamente del orden de meses, como la oscilación Madden-Julian , o años, como El Niño-Oscilación del Sur y la oscilación decenal del Pacífico . La meteorología a escala global se adentra en el ámbito de la climatología. La definición tradicional de clima se traslada a escalas de tiempo más amplias y, con la comprensión de las oscilaciones globales a escalas de tiempo más largas, sus efectos sobre el clima y las perturbaciones meteorológicas pueden incluirse en las predicciones de escalas de tiempo sinópticas y de mesoescala.
La predicción numérica del tiempo es un objetivo principal en la comprensión de la interacción aire-mar, la meteorología tropical, la previsibilidad atmosférica y los procesos troposféricos/estratosféricos. [96] El Laboratorio de Investigación Naval en Monterey, California, desarrolló un modelo atmosférico global llamado Sistema Operacional de Predicción Atmosférica Global de la Armada (NOGAPS). NOGAPS se ejecuta operativamente en el Centro de Oceanografía y Meteorología Numérica de la Flota para el Ejército de los Estados Unidos. Muchos otros modelos atmosféricos globales están a cargo de agencias meteorológicas nacionales.
La meteorología de la capa límite es el estudio de los procesos en la capa de aire directamente sobre la superficie de la Tierra, conocida como capa límite atmosférica (ABL). Los efectos de la superficie (calentamiento, enfriamiento y fricción ) provocan una mezcla turbulenta dentro de la capa de aire. Los movimientos turbulentos provocan movimientos significativos de calor , materia o impulso en escalas de tiempo inferiores a un día. [97] La meteorología de la capa límite incluye el estudio de todos los tipos de límites entre la superficie y la atmósfera, incluidos océanos, lagos, terrenos urbanos y terrenos no urbanos para el estudio de la meteorología.
La meteorología dinámica generalmente se centra en la dinámica de fluidos de la atmósfera. La idea de parcela de aire se utiliza para definir el elemento más pequeño de la atmósfera, ignorando la naturaleza molecular y química discreta de la atmósfera. Una parcela de aire se define como una región infinitesimal en el continuo fluido de la atmósfera. Las leyes fundamentales de la dinámica de fluidos, la termodinámica y el movimiento se utilizan para estudiar la atmósfera. Las cantidades físicas que caracterizan el estado de la atmósfera son la temperatura, la densidad, la presión, etc. Estas variables tienen valores únicos en el continuo. [92]
El pronóstico del tiempo es la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir el estado de la atmósfera en un momento futuro y en un lugar determinado. Los humanos han intentado predecir el clima de manera informal durante milenios y formalmente desde al menos el siglo XIX. [98] [99] Los pronósticos meteorológicos se realizan recopilando datos cuantitativos sobre el estado actual de la atmósfera y utilizando la comprensión científica de los procesos atmosféricos para proyectar cómo evolucionará la atmósfera. [100]
Alguna vez fue un esfuerzo totalmente humano basado principalmente en cambios en la presión barométrica , las condiciones climáticas actuales y las condiciones del cielo, [101] [102] los modelos de pronóstico ahora se utilizan para determinar las condiciones futuras. Todavía se requiere la participación humana para elegir el mejor modelo de pronóstico posible en el que basar el pronóstico, lo que implica habilidades de reconocimiento de patrones, teleconexiones , conocimiento del desempeño del modelo y conocimiento de los sesgos del modelo. La naturaleza caótica de la atmósfera, la enorme potencia computacional necesaria para resolver las ecuaciones que describen la atmósfera, el error involucrado en la medición de las condiciones iniciales y una comprensión incompleta de los procesos atmosféricos significan que los pronósticos se vuelven menos precisos a medida que la diferencia entre el tiempo actual y el El tiempo durante el cual se realiza el pronóstico (el rango del pronóstico) aumenta. El uso de conjuntos y consenso de modelos ayuda a reducir el error y elegir el resultado más probable. [103] [104] [105]
Hay una variedad de usos finales para los pronósticos meteorológicos. Las advertencias meteorológicas son pronósticos importantes porque se utilizan para proteger vidas y propiedades. [106] Los pronósticos basados en la temperatura y las precipitaciones son importantes para la agricultura, [107] [108] [109] [110] y, por lo tanto, para los comerciantes de productos básicos en los mercados de valores. Las empresas de servicios públicos utilizan los pronósticos de temperatura para estimar la demanda en los próximos días. [111] [112] [113] Todos los días, la gente utiliza los pronósticos meteorológicos para determinar qué ponerse. Dado que las actividades al aire libre se ven gravemente restringidas por las fuertes lluvias, la nieve y el viento helado , los pronósticos se pueden utilizar para planificar actividades en torno a estos eventos, así como para planificar con antelación y sobrevivir a ellos.
La meteorología aeronáutica se ocupa del impacto del tiempo en la gestión del tráfico aéreo . [114] Es importante que las tripulaciones aéreas comprendan las implicaciones del clima en su plan de vuelo, así como en sus aeronaves, como lo señala el Manual de información aeronáutica : [115]
Los efectos del hielo en los aviones son acumulativos: se reduce el empuje, aumenta la resistencia, disminuye la sustentación y aumenta el peso. Los resultados son un aumento de la velocidad de pérdida y un deterioro del rendimiento de la aeronave. En casos extremos, se pueden formar de 2 a 3 pulgadas de hielo en el borde de ataque del perfil aerodinámico en menos de 5 minutos. Sólo se necesita 1/2 pulgada de hielo para reducir la potencia de elevación de algunos aviones en un 50 por ciento y aumentar la resistencia por fricción en un porcentaje igual. [116]
Los meteorólogos, los científicos del suelo , los hidrólogos agrícolas y los agrónomos son personas preocupadas por estudiar los efectos del tiempo y el clima en la distribución de las plantas, el rendimiento de los cultivos , la eficiencia del uso del agua, la fenología del desarrollo vegetal y animal y el equilibrio energético de los ecosistemas naturales y gestionados. Por el contrario, están interesados en el papel de la vegetación en el clima y el tiempo. [117]
La hidrometeorología es la rama de la meteorología que se ocupa del ciclo hidrológico , el balance hídrico y las estadísticas de precipitaciones de las tormentas . [118] Un hidrometeorólogo prepara y publica pronósticos de precipitación (cuantitativa) acumulada, lluvias intensas y nevadas intensas, y destaca áreas con potencial de inundaciones repentinas. Normalmente, la gama de conocimientos necesarios se superpone con la climatología, la meteorología sinóptica y de mesoescala y otras geociencias. [119]
La naturaleza multidisciplinaria de la rama puede generar desafíos técnicos, ya que las herramientas y soluciones de cada una de las disciplinas individuales involucradas pueden comportarse de manera ligeramente diferente, optimizarse para diferentes plataformas de hardware y software y utilizar diferentes formatos de datos. Hay algunas iniciativas –como el proyecto DRIHM [120] – que están intentando abordar esta cuestión. [121]
La meteorología nuclear investiga la distribución de aerosoles y gases radiactivos en la atmósfera. [122]
La meteorología marítima se ocupa de los pronósticos del aire y de las olas para los barcos que operan en el mar. Organizaciones como el Centro de Predicción Oceánica , la oficina de pronóstico del Servicio Meteorológico Nacional de Honolulu, la Oficina Meteorológica del Reino Unido , KNMI y JMA preparan pronósticos de alta mar para los océanos del mundo.
La meteorología militar es la investigación y aplicación de la meteorología con fines militares . En los Estados Unidos, el Comando de Meteorología y Oceanografía Naval de la Armada de los Estados Unidos supervisa los esfuerzos meteorológicos de la Armada y la Infantería de Marina , mientras que la Agencia Meteorológica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos es responsable de la Fuerza Aérea y el Ejército .
La meteorología ambiental analiza principalmente física y químicamente la dispersión de la contaminación industrial en función de parámetros meteorológicos como la temperatura, la humedad, el viento y diversas condiciones climáticas.
Las aplicaciones de la meteorología en energías renovables incluyen investigación básica, "exploración" y mapeo potencial de la energía eólica y la radiación solar para la energía eólica y solar.
Traducido por EW Webster
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Consulte el pronóstico del tiempo para conocer los sitios de pronóstico del tiempo.
