El análisis meteorológico de superficie es un tipo especial de mapa meteorológico que proporciona una vista de los elementos meteorológicos sobre un área geográfica en un momento específico basándose en información de estaciones meteorológicas terrestres. [1]
Los mapas meteorológicos se crean trazando o rastreando los valores de cantidades relevantes como la presión del nivel del mar , la temperatura y la cobertura de nubes en un mapa geográfico para ayudar a encontrar características de escala sinóptica como los frentes meteorológicos .
Los primeros mapas meteorológicos del siglo XIX se dibujaron mucho después de los hechos para ayudar a idear una teoría sobre los sistemas de tormentas. [2] Después de la llegada del telégrafo , las observaciones meteorológicas de superficie simultáneas se hicieron posibles por primera vez y, a partir de finales de la década de 1840, el Instituto Smithsonian se convirtió en la primera organización en dibujar análisis de superficie en tiempo real. El uso de análisis de superficie comenzó primero en los Estados Unidos, extendiéndose por todo el mundo durante la década de 1870. El uso del modelo ciclónico noruego para el análisis frontal comenzó a fines de la década de 1910 en toda Europa, y su uso finalmente se extendió a los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial .
Los análisis meteorológicos de superficie tienen símbolos especiales que muestran sistemas frontales, nubosidad, precipitaciones u otra información importante. Por ejemplo, una H puede representar alta presión , lo que implica cielos despejados y clima relativamente cálido. Una L , por otro lado, puede representar baja presión , que frecuentemente acompaña a las precipitaciones. Se utilizan varios símbolos no solo para las zonas frontales y otros límites de superficie en los mapas meteorológicos, sino también para representar el clima actual en varias ubicaciones en el mapa meteorológico. Las áreas de precipitación ayudan a determinar el tipo y la ubicación del frente.
El uso de mapas meteorológicos en un sentido moderno comenzó a mediados del siglo XIX con el fin de idear una teoría sobre los sistemas de tormentas. [3] El desarrollo de una red telegráfica en 1845 hizo posible recopilar información meteorológica de múltiples ubicaciones distantes con la suficiente rapidez como para preservar su valor para aplicaciones en tiempo real. El Instituto Smithsoniano desarrolló su red de observadores en gran parte del centro y este de los Estados Unidos entre las décadas de 1840 y 1860. El Cuerpo de Señales del Ejército de los Estados Unidos heredó esta red entre 1870 y 1874 mediante una ley del Congreso, y la expandió a la costa oeste poco después. [4]
Los datos meteorológicos fueron al principio menos útiles como resultado de los diferentes momentos en que se hacían las observaciones meteorológicas. Los primeros intentos de estandarización horaria se hicieron en Gran Bretaña en 1855. Estados Unidos no cayó finalmente bajo la influencia de las zonas horarias hasta 1905, cuando Detroit estableció finalmente la hora estándar. [5] Otros países siguieron el ejemplo de Estados Unidos en la toma simultánea de observaciones meteorológicas, a partir de 1873. [6] Luego, otros países comenzaron a preparar análisis de superficie. El uso de zonas frontales en los mapas meteorológicos no apareció hasta la introducción del modelo ciclónico noruego a fines de la década de 1910, a pesar del intento anterior de Loomis de una noción similar en 1841. [7] Dado que el borde delantero de los cambios de masa de aire se parecía a los frentes militares de la Primera Guerra Mundial , el término "frente" comenzó a usarse para representar estas líneas. [8]
A pesar de la introducción del modelo ciclónico noruego justo después de la Primera Guerra Mundial, Estados Unidos no analizó formalmente los frentes en los análisis de superficie hasta finales de 1942, cuando se inauguró el Centro de Análisis WBAN en el centro de Washington, DC [9]. El esfuerzo por automatizar el trazado de mapas comenzó en Estados Unidos en 1969, [10] y el proceso se completó en la década de 1970. Hong Kong completó su proceso de trazado automatizado de superficies en 1987. [11] En 1999, los sistemas informáticos y el software finalmente se habían vuelto lo suficientemente sofisticados como para permitir la capacidad de superponer en la misma estación de trabajo imágenes satelitales, imágenes de radar y campos derivados del modelo, como el espesor atmosférico y la frontogénesis, en combinación con observaciones de superficie para lograr el mejor análisis de superficie posible. En Estados Unidos, este desarrollo se logró cuando las estaciones de trabajo Intergraph fueron reemplazadas por estaciones de trabajo n- AWIPS . [12] En 2001, los diversos análisis de superficie realizados en el Servicio Meteorológico Nacional se combinaron en el Análisis Unificado de Superficie, que se emite cada seis horas y combina los análisis de cuatro centros diferentes. [13] Los avances recientes en los campos de la meteorología y los sistemas de información geográfica han hecho posible diseñar mapas meteorológicos con gran precisión. La información meteorológica se puede relacionar rápidamente con los detalles geográficos pertinentes. Por ejemplo, las condiciones de formación de hielo se pueden representar en un mapa de la red de carreteras. Es probable que esto siga provocando cambios en la forma en que se crean y se muestran los análisis de superficie durante los próximos años. [14]
Al analizar un mapa meteorológico, se traza un modelo de estación en cada punto de observación. Dentro del modelo de estación, se trazan la temperatura, el punto de rocío, la velocidad y dirección del viento, la presión atmosférica, la tendencia de la presión y el clima actual. [15] El círculo en el medio representa la cobertura de nubes; la fracción que está llena representa el grado de nubosidad . [16] Fuera de los Estados Unidos, la temperatura y el punto de rocío se trazan en grados Celsius . La púa del viento apunta en la dirección de donde viene el viento. Cada bandera completa en la púa del viento representa 10 nudos (19 km/h) de viento, cada media bandera representa 5 nudos (9 km/h). Cuando los vientos alcanzan los 50 nudos (93 km/h), se utiliza un triángulo lleno por cada 50 nudos (93 km/h) de viento. [17] En los Estados Unidos, la lluvia trazada en la esquina del modelo de estación está en pulgadas . La unidad de medición de lluvia estándar internacional es el milímetro . Una vez que un mapa tiene un campo de modelos de estaciones trazados, se dibujan las isobaras de análisis (líneas de igual presión), las isalobaras (líneas de igual cambio de presión), las isotermas (líneas de igual temperatura) y las isotacas (líneas de igual velocidad del viento). [18] Los símbolos meteorológicos abstractos fueron ideados para ocupar el menor espacio posible en los mapas meteorológicos. [ cita requerida ]
Una característica de escala sinóptica es aquella cuyas dimensiones son grandes, de más de varios cientos de kilómetros de longitud. [19] Los sistemas de presión migratoria y las zonas frontales existen en esta escala. [ cita requerida ]
Los centros de las áreas de alta y baja presión superficial que se encuentran dentro de las isobaras cerradas en un análisis meteorológico de superficie son los máximos y mínimos absolutos en el campo de presión, y pueden indicarle al usuario de un vistazo cuál es el clima general en su vecindad. Los mapas meteorológicos en los países de habla inglesa mostrarán sus máximas como Hs y las mínimas como Ls, [20] mientras que los países de habla hispana mostrarán sus máximas como As y las mínimas como Bs. [21]
Los sistemas de baja presión, también conocidos como ciclones , se encuentran en mínimos en el campo de presión. La rotación es hacia adentro en la superficie y en sentido antihorario en el hemisferio norte, a diferencia de hacia adentro y en sentido horario en el hemisferio sur debido a la fuerza de Coriolis . El clima normalmente es inestable en las proximidades de un ciclón, con mayor nubosidad, vientos y temperaturas, y movimiento ascendente en la atmósfera, lo que conduce a una mayor probabilidad de precipitación. Las bajas polares se pueden formar sobre aguas oceánicas relativamente templadas cuando el aire frío barre desde la capa de hielo. El agua relativamente más cálida conduce a una convección ascendente, lo que hace que se forme una baja y la precipitación generalmente en forma de nieve. Los ciclones tropicales y las tormentas de invierno son variedades intensas de baja presión. Sobre la tierra, las bajas térmicas son indicativas de clima cálido durante el verano. [22]
Los sistemas de alta presión, también conocidos como anticiclones , giran hacia afuera en la superficie y en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio norte, a diferencia de lo que ocurre en el hemisferio sur, que gira hacia afuera y en sentido contrario. Bajo los anticiclones superficiales, el hundimiento de la atmósfera calienta ligeramente el aire por compresión, lo que genera cielos más despejados, vientos más ligeros y una menor probabilidad de precipitaciones. [23] El aire que desciende es seco, por lo que se requiere menos energía para elevar su temperatura. Si la alta presión persiste, la contaminación del aire se acumulará debido a los contaminantes atrapados cerca de la superficie causados por el movimiento descendente asociado con el anticiclo. [24]
Los frentes en meteorología son límites entre masas de aire que tienen diferente densidad, temperatura del aire y humedad . Estrictamente hablando, el frente está marcado en el borde más cálido de una zona frontal donde el gradiente es muy grande. Cuando un frente pasa sobre un punto, está marcado por cambios en la temperatura, la humedad, la velocidad y dirección del viento, un mínimo de presión atmosférica y un cambio en el patrón de nubes, a veces con precipitaciones. Los frentes fríos se desarrollan donde la masa de aire frío está avanzando, frentes cálidos donde el aire cálido está avanzando y un frente estacionario no se está moviendo. Los frentes clásicamente envuelven centros de baja presión como se indica en la imagen aquí representada para el hemisferio norte. A mayor escala, el frente polar de la Tierra es una agudización del gradiente general de temperatura de ecuador a polo, subyacente a una corriente en chorro de gran altitud por razones de equilibrio del viento térmico . Los frentes generalmente viajan de oeste a este, aunque pueden moverse en dirección norte-sur o incluso de este a oeste (un frente de "puerta trasera" ) a medida que el flujo de aire envuelve un centro de baja presión. Las zonas frontales pueden verse distorsionadas por características geográficas como montañas y grandes masas de agua. [13]
Un frente frío se encuentra en el borde delantero de un gradiente de temperatura pronunciado en un análisis de isoterma , a menudo marcado por una depresión de presión superficial pronunciada . Los frentes fríos pueden moverse hasta dos veces más rápido que los frentes cálidos y producir cambios más pronunciados en el clima, ya que el aire frío es más denso que el aire cálido y rápidamente levanta y empuja el aire más cálido. Los frentes fríos suelen estar acompañados por una banda estrecha de nubes, lluvias y tormentas eléctricas. En un mapa meteorológico, la posición de la superficie del frente frío está marcada con una línea azul de triángulos (puntos) que apuntan en la dirección de viaje, en el borde delantero de la masa de aire más frío. [13]
Los frentes cálidos marcan la posición en la superficie de la Tierra donde una masa de aire relativamente cálida avanza hacia el aire más frío. El frente está marcado en el borde cálido del gradiente en las isotermas y se encuentra dentro de una depresión de baja presión que tiende a ser más amplia y más débil que la de un frente frío. Los frentes cálidos se mueven más lentamente que los frentes fríos porque el aire frío es más denso y solo es empujado a lo largo de la superficie de la Tierra (no se levanta de ella). La masa de aire cálido anula la masa de aire frío, por lo que los cambios de temperatura y nubes ocurren a mayores altitudes antes que en la superficie. Las nubes delante del frente cálido son en su mayoría estratiformes con precipitaciones que aumentan gradualmente a medida que se acerca el frente. Delante de un frente cálido, las bases de nubes descendentes a menudo comenzarán con cirros y cirroestratos (nivel alto), luego nubes altoestratos (nivel medio) y, finalmente, más abajo en la atmósfera a medida que el frente pasa. La niebla puede preceder a un frente cálido cuando la precipitación cae en áreas de aire más frío, pero el aumento de las temperaturas superficiales y el viento tienden a disiparla después de que pasa un frente cálido. Los casos de inestabilidad ambiental pueden favorecer el desarrollo de tormentas eléctricas. En los mapas meteorológicos, la ubicación en la superficie de un frente cálido se marca con una línea roja de semicírculos que apuntan en la dirección de su desplazamiento.
La visión clásica de un frente ocluido es que se forman cuando un frente frío alcanza a un frente cálido. [25] Una visión más moderna sugiere que se forman directamente durante el envolvimiento de la zona baroclínica durante la ciclogénesis , y se alargan debido a la deformación del flujo y la rotación alrededor del ciclón. [26]
Los frentes ocluidos se indican en un mapa meteorológico mediante una línea violeta con semicírculos y triángulos alternados que apuntan en la dirección de viaje: es decir, con una mezcla de colores y símbolos frontales cálidos y fríos. Las oclusiones se pueden dividir en tipos cálidos y fríos. [27] En una oclusión fría, la masa de aire que adelanta al frente cálido es más fría que el aire frío que está delante del frente cálido y se desliza por debajo de ambas masas de aire. En una oclusión cálida, la masa de aire que adelanta al frente cálido no es tan fría como el aire frío que está delante del frente cálido y se desliza por encima de la masa de aire más fría mientras levanta el aire cálido. Los frentes ocluidos se indican en un mapa meteorológico mediante una línea violeta con semicírculos y triángulos alternados que apuntan en la dirección de viaje. [13]
Los frentes ocluidos suelen formarse alrededor de sistemas de baja presión en las etapas maduras o tardías de su ciclo de vida, pero algunos continúan profundizándose después de la oclusión y otros no forman frentes ocluidos en absoluto. El clima asociado con un frente ocluido incluye una variedad de patrones de nubes y precipitaciones, incluidas franjas secas y precipitaciones en bandas. Los frentes fríos, cálidos y ocluidos a menudo se encuentran en el punto de oclusión o punto triple. [28]
Un frente estacionario es un límite inmóvil entre dos masas de aire diferentes. Tienden a permanecer en la misma zona durante largos períodos de tiempo, a veces ondulando en ondas. [29] A menudo, un gradiente de temperatura menos pronunciado continúa detrás (en el lado frío) de la zona frontal aguda con isotermas más espaciadas. Se puede encontrar una amplia variedad de clima a lo largo de un frente estacionario, caracterizado más por su presencia prolongada que por un tipo específico. Los frentes estacionarios pueden disiparse después de varios días, pero pueden transformarse en un frente frío o cálido si las condiciones en la altura cambian, empujando una masa de aire hacia la otra. Los frentes estacionarios están marcados en los mapas meteorológicos con semicírculos rojos alternados y picos azules que apuntan en direcciones opuestas, lo que indica que no hay movimiento significativo. [ cita requerida ]
A medida que las temperaturas de las masas de aire se igualan, los frentes estacionarios pueden volverse más pequeños en escala, degenerando en una zona estrecha donde la dirección del viento cambia en una corta distancia, conocida como línea de cizalladura, [30] representada como una línea azul de puntos y guiones individuales alternados. [13] [31]
Las características de mesoescala son más pequeñas que los sistemas de escala sinóptica , como los frentes, pero más grandes que los sistemas de escala de tormenta, como las tormentas eléctricas. Las dimensiones horizontales generalmente varían de más de diez kilómetros a varios cientos de kilómetros. [32]
La línea seca es el límite entre las masas de aire seco y húmedo al este de las cadenas montañosas con una orientación similar a las Rocosas , representada en el borde delantero del gradiente de punto de rocío o humedad. Cerca de la superficie, el aire cálido y húmedo que es más denso que el aire más cálido y seco se acuña debajo del aire más seco de una manera similar a la de un frente frío que se acuña debajo del aire más cálido. [33] Cuando el aire cálido y húmedo encajado debajo de la masa más seca se calienta, se vuelve menos denso y se eleva y, a veces, forma tormentas eléctricas. [34] A mayores altitudes, el aire cálido y húmedo es menos denso que el aire más frío y seco y la pendiente del límite se invierte. En las proximidades de la inversión en altura, es posible que se produzcan condiciones meteorológicas severas, especialmente cuando se forma un punto triple con un frente frío. [ cita requerida ]
Durante las horas del día, el aire más seco de las alturas desciende hasta la superficie, lo que provoca un aparente movimiento de la línea seca hacia el este. Por la noche, el límite vuelve al oeste, ya que ya no hay ningún calentamiento solar que ayude a mezclar la atmósfera inferior. [35] Si converge suficiente humedad sobre la línea seca, puede ser el foco de tormentas eléctricas por la tarde y la noche. [36] Una línea seca se representa en los análisis de superficie de los Estados Unidos como una línea marrón con festones o protuberancias que miran hacia el sector húmedo. Las líneas secas son uno de los pocos frentes de superficie donde las formas especiales a lo largo del límite dibujado no reflejan necesariamente la dirección de movimiento del límite. [37]
Las áreas organizadas de actividad de tormentas eléctricas no solo refuerzan las zonas frontales preexistentes, sino que también pueden superar a los frentes fríos. Esta superación ocurre en un patrón donde el chorro de nivel superior se divide en dos corrientes. El sistema convectivo de mesoescala (MCS) resultante se forma en el punto de la división de nivel superior en el patrón de viento en el área de la mejor entrada de nivel bajo . La convección luego se mueve al este y al ecuador hacia el sector cálido, paralela a las líneas de espesor de nivel bajo. Cuando la convección es fuerte y lineal o curva, el MCS se llama línea de turbonadas, con la característica ubicada en el borde delantero donde el viento significativo cambia y la presión aumenta. [38] Incluso las áreas más débiles y menos organizadas de tormentas eléctricas darán lugar a aire localmente más frío y presiones más altas, y existen límites de salida por delante de este tipo de actividad, "SQLN" o "LÍNEA DE TURBANAS", mientras que los límites de salida se representan como valles con una etiqueta de "LÍMITE DE SALIDA" o "LÍMITE DE SALIDA". [ cita requerida ]
Los frentes de brisa marina se producen en días soleados cuando la masa de tierra calienta el aire que está sobre ella hasta alcanzar una temperatura superior a la del agua. Se forman límites similares en la dirección del viento en lagos y ríos durante el día, así como en las masas de tierra alejadas de la costa durante la noche. Como el calor específico del agua es tan alto, hay pocos cambios de temperatura diurnos en las masas de agua, incluso en los días más soleados. La temperatura del agua varía menos de 1 °C (1,8 °F). En cambio, la tierra, con un calor específico más bajo, puede variar varios grados en cuestión de horas. [39]
Durante la tarde, la presión del aire disminuye sobre la tierra a medida que el aire más cálido asciende. El aire relativamente más frío sobre el mar entra rápidamente para reemplazarlo. El resultado es un viento relativamente frío hacia la costa. Este proceso generalmente se invierte por la noche, cuando la temperatura del agua es más alta en relación con la masa terrestre, lo que genera una brisa terrestre en alta mar. Sin embargo, si las temperaturas del agua son más frías que la tierra por la noche, la brisa marina puede continuar, solo que un poco disminuida. Este es el caso típico a lo largo de la costa de California , por ejemplo. [ cita requerida ]
Si existe suficiente humedad, pueden formarse tormentas eléctricas a lo largo de los frentes de brisa marina que luego pueden enviar límites de salida. Esto provoca regímenes caóticos de viento y presión si el flujo rector es débil. Al igual que todas las demás características de la superficie, los frentes de brisa marina se encuentran dentro de valles de baja presión. [ cita requerida ]
Un núcleo de reflectividad descendente (DRC) es un fenómeno meteorológico observado en tormentas eléctricas supercelulares , caracterizado por un área localizada y de pequeña escala de reflectividad de radar mejorada que desciende desde el saliente del eco hacia los niveles inferiores de la tormenta.
