El tiempo es el estado de la atmósfera , que describe, por ejemplo, el grado en que es cálido o frío, húmedo o seco, tranquilo o tormentoso, despejado o nublado . [1] En la Tierra , la mayoría de los fenómenos meteorológicos ocurren en la capa más baja de la atmósfera del planeta , la troposfera , [2] [3] justo debajo de la estratosfera . El tiempo se refiere a la temperatura diaria, la precipitación y otras condiciones atmosféricas, mientras que el clima es el término para el promedio de las condiciones atmosféricas durante períodos de tiempo más largos. [4] Cuando se usa sin calificación, generalmente se entiende que "tiempo" significa el clima de la Tierra.
El clima es impulsado por las diferencias de presión del aire , temperatura y humedad entre un lugar y otro. Estas diferencias pueden ocurrir debido al ángulo del Sol en cualquier punto en particular, que varía con la latitud . El fuerte contraste de temperatura entre el aire polar y tropical da lugar a las circulaciones atmosféricas de mayor escala : la célula de Hadley , la célula de Ferrel , la célula polar y la corriente en chorro . Los sistemas meteorológicos en las latitudes medias , como los ciclones extratropicales , son causados por inestabilidades del flujo de la corriente en chorro. Debido a que el eje de la Tierra está inclinado en relación con su plano orbital (llamado eclíptica ), la luz solar incide en diferentes ángulos en diferentes épocas del año. En la superficie de la Tierra, las temperaturas suelen oscilar entre ±40 °C (−40 °F a 104 °F) anualmente. A lo largo de miles de años, los cambios en la órbita de la Tierra pueden afectar la cantidad y distribución de la energía solar que recibe la Tierra, influyendo así en el clima a largo plazo y el cambio climático global .
Las diferencias de temperatura superficial a su vez provocan diferencias de presión. Las altitudes más altas son más frías que las altitudes más bajas, ya que la mayor parte del calentamiento atmosférico se debe al contacto con la superficie de la Tierra, mientras que las pérdidas radiactivas al espacio son en su mayoría constantes. La predicción meteorológica es la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir el estado de la atmósfera para un tiempo futuro y una ubicación determinada. El sistema meteorológico de la Tierra es un sistema caótico ; como resultado, pequeños cambios en una parte del sistema pueden llegar a tener grandes efectos en el sistema en su conjunto. Los intentos humanos de controlar el clima han ocurrido a lo largo de la historia, y hay evidencia de que las actividades humanas como la agricultura y la industria han modificado los patrones climáticos.
El estudio de cómo funciona el clima en otros planetas ha sido útil para comprender cómo funciona el clima en la Tierra. Un famoso punto de referencia en el Sistema Solar , la Gran Mancha Roja de Júpiter , es una tormenta anticiclónica que se sabe que existe desde hace al menos 300 años. Sin embargo, el clima no se limita a los cuerpos planetarios. La corona de una estrella se pierde constantemente en el espacio, lo que crea lo que es esencialmente una atmósfera muy delgada en todo el Sistema Solar. El movimiento de masa expulsada del Sol se conoce como viento solar .
En la Tierra , los fenómenos meteorológicos más comunes son el viento, las nubes , la lluvia, la nieve, la niebla y las tormentas de polvo . Otros fenómenos menos comunes son los desastres naturales , como los tornados , los huracanes , los tifones y las tormentas de hielo . Casi todos los fenómenos meteorológicos conocidos se producen en la troposfera (la parte inferior de la atmósfera). [3] El tiempo también se produce en la estratosfera y puede afectar a las condiciones meteorológicas que se encuentran más abajo en la troposfera, pero los mecanismos exactos no se conocen bien. [5]
El clima se produce principalmente debido a las diferencias de presión del aire, temperatura y humedad de un lugar a otro. Estas diferencias pueden ocurrir debido al ángulo del sol en cualquier punto en particular, que varía según la latitud en los trópicos. En otras palabras, cuanto más lejos de los trópicos se encuentre uno, menor será el ángulo del sol, lo que hace que esos lugares sean más fríos debido a la propagación de la luz solar sobre una superficie mayor. [6] El fuerte contraste de temperatura entre el aire polar y tropical da lugar a las células de circulación atmosférica a gran escala y la corriente en chorro . [7] Los sistemas meteorológicos en las latitudes medias, como los ciclones extratropicales , son causados por inestabilidades del flujo de la corriente en chorro (ver baroclinidad ). [8] Los sistemas meteorológicos en los trópicos, como los monzones o los sistemas de tormentas eléctricas organizadas , son causados por diferentes procesos.
Debido a que el eje de la Tierra está inclinado con respecto a su plano orbital, la luz solar incide en diferentes ángulos en diferentes épocas del año. En junio, el hemisferio norte está inclinado hacia el Sol , por lo que, en cualquier latitud del hemisferio norte, la luz solar incide más directamente en ese punto que en diciembre (véase Efecto del ángulo solar en el clima ). [10] Este efecto causa las estaciones. A lo largo de miles a cientos de miles de años, los cambios en los parámetros orbitales de la Tierra afectan la cantidad y distribución de energía solar que recibe la Tierra e influyen en el clima a largo plazo. (Véase Ciclos de Milankovitch ). [11]
El calentamiento solar desigual (la formación de zonas de gradientes de temperatura y humedad, o frontogénesis ) también puede deberse al propio clima en forma de nubosidad y precipitaciones. [12] Las altitudes más altas suelen ser más frías que las altitudes más bajas, lo que es el resultado de una mayor temperatura de la superficie y del calentamiento radiativo, que produce el gradiente adiabático . [13] [14] En algunas situaciones, la temperatura en realidad aumenta con la altura. Este fenómeno se conoce como inversión y puede hacer que las cimas de las montañas sean más cálidas que los valles de abajo. Las inversiones pueden conducir a la formación de niebla y, a menudo, actúan como una capa que suprime el desarrollo de tormentas eléctricas. A escalas locales, pueden producirse diferencias de temperatura porque diferentes superficies (como océanos, bosques, capas de hielo u objetos creados por el hombre) tienen diferentes características físicas, como reflectividad , rugosidad o contenido de humedad.
Las diferencias de temperatura superficial a su vez causan diferencias de presión. Una superficie caliente calienta el aire que está sobre ella, lo que hace que se expanda y reduzca la densidad y la presión del aire superficial resultante . [15] El gradiente de presión horizontal resultante mueve el aire de regiones de mayor a menor presión, creando un viento, y la rotación de la Tierra luego causa la desviación de este flujo de aire debido al efecto Coriolis . [16] Los sistemas simples así formados pueden luego mostrar un comportamiento emergente para producir sistemas más complejos y, por lo tanto, otros fenómenos meteorológicos. Los ejemplos a gran escala incluyen la célula de Hadley, mientras que un ejemplo a menor escala serían las brisas costeras .
La atmósfera es un sistema caótico . Como resultado, pequeños cambios en una parte del sistema pueden acumularse y magnificarse para causar grandes efectos en el sistema en su conjunto. [17] Esta inestabilidad atmosférica hace que la previsión meteorológica sea menos predecible que los maremotos o los eclipses. [18] Aunque es difícil predecir con precisión el tiempo con más de unos pocos días de antelación, los meteorólogos trabajan continuamente para ampliar este límite a través de la investigación meteorológica y el perfeccionamiento de las metodologías actuales de predicción meteorológica. Sin embargo, es teóricamente imposible hacer predicciones útiles día a día con más de dos semanas de antelación, lo que impone un límite superior al potencial para mejorar la capacidad de predicción. [19]
El clima es uno de los procesos fundamentales que dan forma a la Tierra. El proceso de meteorización descompone las rocas y los suelos en fragmentos más pequeños y luego en sus sustancias constituyentes. [20] Durante la precipitación de lluvia, las gotas de agua absorben y disuelven el dióxido de carbono del aire circundante. Esto hace que el agua de lluvia sea ligeramente ácida, lo que favorece las propiedades erosivas del agua. Los sedimentos y los productos químicos liberados quedan libres para participar en reacciones químicas que pueden afectar aún más a la superficie (como la lluvia ácida ) y los iones de sodio y cloruro (sal) se depositan en los mares y océanos. El sedimento puede reformarse con el tiempo y por fuerzas geológicas en otras rocas y suelos. De esta manera, el clima juega un papel importante en la erosión de la superficie. [21]
El clima, visto desde una perspectiva antropológica, es algo que todos los humanos en el mundo experimentan constantemente a través de sus sentidos, al menos cuando están al aire libre. Hay entendimientos construidos social y científicamente de qué es el clima, qué lo hace cambiar, el efecto que tiene en los humanos en diferentes situaciones, etc. [22] Por lo tanto, el clima es algo sobre lo que la gente suele comunicarse. El Servicio Meteorológico Nacional tiene un informe anual de fatalidades, lesiones y costos totales de daños que incluyen cultivos y propiedades. Recopilan estos datos a través de las oficinas del Servicio Meteorológico Nacional ubicadas en los 50 estados de los Estados Unidos, así como en Puerto Rico , Guam y las Islas Vírgenes . A partir de 2019, los tornados han tenido el mayor impacto en los humanos con 42 muertes y costos de daños a cultivos y propiedades de más de 3 mil millones de dólares. [23]
El clima ha jugado un papel importante y a veces directo en la historia humana . Aparte de los cambios climáticos que han causado el desplazamiento gradual de las poblaciones (por ejemplo, la desertificación del Medio Oriente y la formación de puentes terrestres durante los períodos glaciares ), los fenómenos meteorológicos extremos han provocado movimientos de población a menor escala e influido directamente en los acontecimientos históricos. Uno de esos acontecimientos es la salvación de Japón de la invasión de la flota mongola de Kublai Khan por los vientos kamikaze en 1281. [24] Las reclamaciones francesas sobre Florida llegaron a su fin en 1565 cuando un huracán destruyó la flota francesa, lo que permitió a España conquistar Fort Caroline . [25] Más recientemente, el huracán Katrina redistribuyó más de un millón de personas de la costa central del Golfo en otras partes de los Estados Unidos, convirtiéndose en la diáspora más grande en la historia de los Estados Unidos. [26]
La Pequeña Edad de Hielo provocó pérdidas de cosechas y hambrunas en Europa. Durante el período conocido como la Fluctuación de Grindelwald (1560-1630), los fenómenos de forzamiento volcánico [27] parecen haber provocado fenómenos meteorológicos más extremos. [28] Entre ellos se encontraban sequías, tormentas y ventiscas fuera de temporada, además de provocar la expansión del glaciar suizo de Grindelwald . En la década de 1690 se produjo la peor hambruna en Francia desde la Edad Media. Finlandia sufrió una grave hambruna en 1696-1697, durante la cual murió aproximadamente un tercio de la población finlandesa. [29]
La predicción meteorológica 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 seres humanos han intentado predecir el tiempo de manera informal durante milenios y de manera formal al menos desde el siglo XIX. [30] Las predicciones meteorológicas se realizan recopilando datos cuantitativos sobre el estado actual de la atmósfera y utilizando el conocimiento científico de los procesos atmosféricos para proyectar cómo evolucionará la atmósfera. [31]
Los modelos de pronóstico , que en el pasado eran una tarea exclusivamente humana y se basaban principalmente en los cambios de la presión barométrica , las condiciones meteorológicas actuales y las condiciones del cielo, [32] [33] ahora se utilizan para determinar las condiciones futuras. Por otro lado, todavía se requiere la participación humana para elegir el mejor modelo de pronóstico posible en el que basar el pronóstico, lo que implica muchas disciplinas, como habilidades de reconocimiento de patrones, teleconexiones , conocimiento del rendimiento del modelo y conocimiento de los sesgos del modelo.
La naturaleza caótica de la atmósfera, la enorme capacidad computacional necesaria para resolver las ecuaciones que la describen, el error que implica la medición de las condiciones iniciales y una comprensión incompleta de los procesos atmosféricos implican que los pronósticos se vuelven menos precisos a medida que aumenta la diferencia entre el tiempo actual y el tiempo para el que se realiza el pronóstico (el rango del pronóstico). El uso de conjuntos y el consenso de modelos ayuda a reducir el error y elegir el resultado más probable. [34] [35] [36]
Los pronósticos meteorológicos tienen una variedad de destinatarios. Las alertas meteorológicas son pronósticos importantes porque se utilizan para proteger la vida y la propiedad. [37] [38] Los pronósticos basados en la temperatura y la precipitación son importantes para la agricultura, [39] [40] [41] [42] y, por lo tanto, para los comerciantes de materias primas en los mercados de valores. Las compañías de servicios públicos utilizan los pronósticos de temperatura para estimar la demanda en los próximos días. [43] [44] [45]
En algunas zonas, la gente utiliza los pronósticos meteorológicos para determinar qué ropa llevar en un día determinado. Dado que las actividades al aire libre se ven gravemente limitadas por las fuertes lluvias , la nieve y el viento helado , los pronósticos se pueden utilizar para planificar actividades en función de estos fenómenos y planificar con antelación para sobrevivir a ellos.
La predicción meteorológica tropical es diferente a la de latitudes más altas. El sol brilla más directamente en los trópicos que en latitudes más altas (al menos en promedio durante un año), lo que hace que los trópicos sean cálidos (Stevens 2011). Y, la dirección vertical (hacia arriba, cuando uno se encuentra sobre la superficie de la Tierra) es perpendicular al eje de rotación de la Tierra en el ecuador, mientras que el eje de rotación y la vertical son los mismos en el polo; esto hace que la rotación de la Tierra influya en la circulación atmosférica con mayor fuerza en latitudes altas que en latitudes bajas. Debido a estos dos factores, las nubes y las tormentas de lluvia en los trópicos pueden ocurrir de manera más espontánea en comparación con las de latitudes más altas, donde están más estrechamente controladas por fuerzas de mayor escala en la atmósfera. Debido a estas diferencias, las nubes y la lluvia son más difíciles de predecir en los trópicos que en latitudes más altas. Por otro lado, la temperatura se pronostica fácilmente en los trópicos, porque no cambia mucho. [46]
La aspiración de controlar el clima es evidente a lo largo de la historia humana: desde los antiguos rituales destinados a traer lluvia para los cultivos hasta la Operación Popeye del ejército estadounidense , un intento de interrumpir las líneas de suministro al alargar el monzón norvietnamita . Los intentos más exitosos de influir en el clima involucran la siembra de nubes ; incluyen las técnicas de dispersión de niebla y estratos bajos empleadas por los principales aeropuertos, técnicas utilizadas para aumentar las precipitaciones invernales sobre las montañas y técnicas para suprimir el granizo . [47] Un ejemplo reciente de control del clima fue la preparación de China para los Juegos Olímpicos de Verano de 2008. China disparó 1.104 cohetes de dispersión de lluvia desde 21 sitios en la ciudad de Pekín en un esfuerzo por mantener la lluvia lejos de la ceremonia de apertura de los juegos el 8 de agosto de 2008. Guo Hu, jefe de la Oficina Meteorológica Municipal de Pekín (BMB), confirmó el éxito de la operación con 100 milímetros cayendo en la ciudad de Baoding de la provincia de Hebei , al suroeste y el distrito Fangshan de Pekín registrando una lluvia de 25 milímetros. [48]
Si bien no hay evidencia concluyente sobre la eficacia de estas técnicas, hay evidencia amplia de que la actividad humana, como la agricultura y la industria, produce modificaciones climáticas involuntarias: [47]
Los efectos de la modificación involuntaria del clima pueden plantear amenazas graves a muchos aspectos de la civilización, incluidos los ecosistemas , los recursos naturales , la producción de alimentos y fibras, el desarrollo económico y la salud humana. [51]
La meteorología a microescala es el estudio de fenómenos atmosféricos de corta duración más pequeños que la mesoescala , alrededor de 1 km o menos. Estas dos ramas de la meteorología a veces se agrupan como "meteorología a microescala y mesoescala" (MMM) y juntas estudian todos los fenómenos más pequeños que la escala sinóptica ; es decir, estudian características generalmente demasiado pequeñas para ser representadas en un mapa meteorológico . Estas incluyen "bolas de nubes" pequeñas y generalmente fugaces y otras características de nubes pequeñas. [52]
En la Tierra, las temperaturas suelen oscilar entre ±40 °C (100 °F y −40 °F) anualmente. La variedad de climas y latitudes en todo el planeta puede ofrecer extremos de temperatura fuera de este rango. La temperatura del aire más fría jamás registrada en la Tierra es de −89,2 °C (−128,6 °F), en la estación Vostok , Antártida, el 21 de julio de 1983. La temperatura del aire más caliente jamás registrada fue de 57,7 °C (135,9 °F) en 'Aziziya , Libia, el 13 de septiembre de 1922, [54] pero esa lectura es cuestionada . La temperatura media anual más alta registrada fue de 34,4 °C (93,9 °F) en Dallol , Etiopía. [55] La temperatura media anual más fría registrada fue de −55,1 °C (−67,2 °F) en la estación Vostok , Antártida. [56]
La temperatura media anual más fría en una zona habitada permanentemente se da en Eureka, Nunavut , en Canadá, donde la temperatura media anual es de -19,7 °C (-3,5 °F). [57]
El lugar más ventoso jamás registrado se encuentra en la Antártida, en la bahía Commonwealth (costa de Jorge V). Aquí los vendavales alcanzan los 320 km/h (199 mph ). [58] Además, la mayor nevada en un período de doce meses se produjo en el monte Rainier , Washington, EE. UU. Se registraron 31.102 mm (102,04 pies) de nieve. [59]
El estudio de cómo funciona el clima en otros planetas se ha considerado útil para comprender cómo funciona en la Tierra. [60] El clima en otros planetas sigue muchos de los mismos principios físicos que el clima en la Tierra , pero ocurre en diferentes escalas y en atmósferas que tienen una composición química diferente. La misión Cassini-Huygens a Titán descubrió nubes formadas a partir de metano o etano que depositan lluvia compuesta de metano líquido y otros compuestos orgánicos . [61] La atmósfera de la Tierra incluye seis zonas de circulación latitudinal, tres en cada hemisferio. [62] En contraste, la apariencia de bandas de Júpiter muestra muchas de esas zonas, [63] Titán tiene una sola corriente en chorro cerca del paralelo 50 de latitud norte, [64] y Venus tiene un solo chorro cerca del ecuador. [65]
Uno de los puntos de referencia más famosos del Sistema Solar , la Gran Mancha Roja de Júpiter , es una tormenta anticiclónica que se sabe que existe desde hace al menos 300 años. [66] En otros planetas gigantes , la falta de superficie permite que el viento alcance velocidades enormes: se han medido ráfagas de hasta 600 metros por segundo (unos 2100 km/h o 1300 mph) en el planeta Neptuno . [67] Esto ha creado un rompecabezas para los científicos planetarios . El clima es creado en última instancia por la energía solar y la cantidad de energía que recibe Neptuno es solo alrededor de 1 ⁄ 900 de la que recibe la Tierra, sin embargo, la intensidad de los fenómenos meteorológicos en Neptuno es mucho mayor que en la Tierra. [68] A partir de 2007 [actualizar], los vientos planetarios más fuertes descubiertos están en el planeta extrasolar HD 189733 b , que se cree que tiene vientos del este que se mueven a más de 9.600 kilómetros por hora (6.000 mph). [69]
El clima no se limita a los cuerpos planetarios. Como todas las estrellas, la corona del Sol se pierde constantemente en el espacio, creando lo que es esencialmente una atmósfera muy delgada en todo el Sistema Solar . El movimiento de masa expulsada del Sol se conoce como viento solar . Las inconsistencias en este viento y los eventos más grandes en la superficie de la estrella, como las eyecciones de masa coronal , forman un sistema que tiene características análogas a los sistemas meteorológicos convencionales (como la presión y el viento) y generalmente se conoce como clima espacial . Las eyecciones de masa coronal se han rastreado tan lejos en el Sistema Solar como Saturno . [70] La actividad de este sistema puede afectar las atmósferas planetarias y, ocasionalmente, las superficies. La interacción del viento solar con la atmósfera terrestre puede producir auroras espectaculares , [71] y puede causar estragos en sistemas eléctricamente sensibles como las redes eléctricas y las señales de radio. [72]
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