La altura geopotencial o altitud geopotencial es una coordenada vertical referenciada al nivel medio del mar de la Tierra (se supone geopotencial cero ) que representa el trabajo involucrado en levantar una unidad de masa sobre una unidad de longitud a través de un espacio hipotético en el que se supone la aceleración de la gravedad. constante. [1] En unidades SI , una diferencia de altura geopotencial de un metro implica el transporte vertical de un paquete de un kilogramo ; adoptando el valor estándar de gravedad (9,80665 m/s 2 ), corresponde a una diferencia de trabajo o energía potencial constante de 9,80665 julios .
La altura geopotencial difiere de la altura geométrica (datada por una cinta métrica ) porque la gravedad de la Tierra no es constante y varía notablemente con la altitud y la latitud; por lo tanto, una diferencia de altura geopotencial de 1 m implica una distancia vertical diferente en el espacio físico : "la unidad de masa debe elevarse más alto en el ecuador que en el polo, si se quiere realizar la misma cantidad de trabajo". [2] Es un concepto útil en meteorología , climatología y oceanografía ; También sigue siendo una convención histórica en aeronáutica como la altitud utilizada para la calibración de los altímetros barométricos de las aeronaves . [3]
El geopotencial es la energía potencial gravitacional por unidad de masa en elevación:
donde es la aceleración debida a la gravedad , es la latitud y es la elevación geométrica. [1]
La altura geopotencial se puede obtener normalizando el geopotencial mediante la aceleración de la gravedad:
donde = 9,80665 m/s 2 , la gravedad estándar al nivel medio del mar. [4] Expresado en forma diferencial,
La altura geopotencial juega un papel importante en los estudios atmosféricos y oceanográficos. La forma diferencial anterior se puede sustituir en la ecuación hidrostática y la ley de los gases ideales para relacionar la presión con la temperatura ambiente y la altura geopotencial para la medición con altímetros barométricos independientemente de la latitud o elevación geométrica:
donde y son la presión y la temperatura ambiente, respectivamente, como funciones de la altura geopotencial, y es la constante específica de los gases . Para la integral definida posterior , la simplificación obtenida al asumir un valor constante de aceleración gravitacional es la única razón para definir la altitud geopotencial. [5]
Las ciencias geofísicas , como la meteorología, a menudo prefieren expresar la fuerza del gradiente de presión horizontal como el gradiente de geopotencial a lo largo de una superficie de presión constante, porque entonces tiene las propiedades de una fuerza conservativa . Por ejemplo, las ecuaciones primitivas que resuelven los modelos de pronóstico del tiempo utilizan la presión hidrostática como coordenada vertical y expresan las pendientes de esas superficies de presión en términos de altura geopotencial.
Un gráfico de altura geopotencial para un único nivel de presión en la atmósfera muestra los valles y crestas ( máximos y mínimos ) que normalmente se ven en los mapas de aire superior. El espesor geopotencial entre los niveles de presión (la diferencia de las alturas geopotenciales de 850 hPa y 1000 hPa, por ejemplo) es proporcional a la temperatura virtual media en esa capa. Los contornos de altura geopotencial se pueden utilizar para calcular el viento geostrófico , que es más rápido cuando los contornos están más espaciados y son tangenciales a los contornos de altura geopotencial. [ cita necesaria ]
El Servicio Meteorológico Nacional define la altura geopotencial como:
"...aproximadamente la altura sobre el nivel del mar de un nivel de presión. Por ejemplo, si una estación informa que la altura de 500 mb [es decir, milibares ] en su ubicación es 5600 m, significa que el nivel de la atmósfera sobre esa estación en cuya presión atmosférica es de 500 mb está a 5600 metros sobre el nivel del mar. Esta es una altura estimada basada en datos de temperatura y presión. [6]
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