El análisis meteorológico de superficie es un tipo especial de mapa meteorológico que proporciona una vista de los elementos meteorológicos en 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 nubosidad en un mapa geográfico para ayudar a encontrar características de escala sinóptica , como los frentes climáticos .
Los primeros mapas meteorológicos del siglo XIX se dibujaron mucho después para ayudar a idear una teoría sobre los sistemas de tormentas. [2] Después de la llegada del telégrafo , las observaciones simultáneas del tiempo en la superficie fueron posibles por primera vez y, a partir de finales de la década de 1840, el Instituto Smithsonian se convirtió en la primera organización en realizar análisis de la superficie en tiempo real. El uso de análisis de superficies comenzó por primera vez en los Estados Unidos y se extendió por todo el mundo durante la década de 1870. El uso del modelo de ciclón noruego para el análisis frontal comenzó a finales 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, precipitación 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 la precipitación. Se utilizan varios símbolos no sólo para las zonas frontales y otros límites de superficie en los mapas meteorológicos, sino también para representar el tiempo presente en varios lugares del mapa meteorológico. Las áreas de precipitación ayudan a determinar el tipo y la ubicación del frontal.
El uso de mapas meteorológicos en el 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 de telégrafos 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. La Institución Smithsonian 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 EE. UU. heredó esta red entre 1870 y 1874 mediante una ley del Congreso, y poco después la amplió a la costa oeste. [4]
Al principio, los datos meteorológicos resultaron menos útiles debido a las diferentes horas en las que se realizaron las observaciones meteorológicas. Los primeros intentos de estandarizar la hora tuvieron lugar en Gran Bretaña en 1855. Todo Estados Unidos no quedó finalmente bajo la influencia de las zonas horarias hasta 1905, cuando Detroit finalmente estableció la hora estándar. [5] Otros países siguieron el ejemplo de los Estados Unidos al realizar observaciones meteorológicas simultáneas, a partir de 1873. [6] Otros países comenzaron entonces a preparar análisis de superficie. El uso de zonas frontales en los mapas meteorológicos no apareció hasta la introducción del modelo de ciclón noruego a finales de la década de 1910, a pesar del intento anterior de Loomis de utilizar una noción similar en 1841. [7] Dado que el borde de ataque de los cambios de masa de aire se parecía a En los frentes militares de la Primera Guerra Mundial , se empezó a utilizar el término "frente" para representar estas líneas. [8]
A pesar de la introducción del modelo de ciclones noruego justo después de la Primera Guerra Mundial, Estados Unidos no analizó formalmente frentes en análisis de superficie hasta finales de 1942, cuando se inauguró el Centro de Análisis WBAN en el centro de Washington, DC [9] . Comenzó el esfuerzo para automatizar el trazado de mapas. en los 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 y software informáticos finalmente se habían vuelto lo suficientemente sofisticados como para permitir la capacidad de superponer en la misma estación de trabajo imágenes de satélite, imágenes de radar y campos derivados de modelos, como como el espesor atmosférico y la frontogénesis en combinación con observaciones de la superficie para realizar 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 dentro del Servicio Meteorológico Nacional se combinaron en el Análisis Unificado de Superficie, que se publica 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 finamente personalizados. La información meteorológica se puede comparar rápidamente con detalles geográficos relevantes. Por ejemplo, las condiciones de formación de hielo se pueden mapear en la red de carreteras. Es probable que esto continúe generando cambios en la forma en que se crean y muestran los análisis de superficies 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 representan la temperatura, el punto de rocío, la velocidad y dirección del viento, la presión atmosférica, la tendencia de la presión y el tiempo actual. [15] El círculo en el medio representa la cobertura de nubes; La fracción que se completa representa el grado de nubosidad . [16] Fuera de los Estados Unidos, la temperatura y el punto de rocío se representan en grados Celsius . La púa de viento apunta en la dirección de donde viene el viento. Cada bandera completa en la lengüeta de 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 relleno por cada 50 nudos (93 km/h) de viento. [17] En los Estados Unidos, las precipitaciones representadas en la esquina del modelo de la estación están en pulgadas . La unidad de medida de lluvia estándar internacional es el milímetro . Una vez que un mapa tiene trazado un campo de modelos de estaciones, se dibujan las isobaras (líneas de igual presión), isalobaras (líneas de igual cambio de presión), isotermas (líneas de igual temperatura) e isotacas (líneas de igual velocidad del viento) de análisis. [18] Los símbolos meteorológicos abstractos se idearon para ocupar el menor espacio posible en los mapas meteorológicos. [ cita necesaria ]
Una característica de escala sinóptica es aquella cuyas dimensiones son de gran escala, de más de varios cientos de kilómetros de longitud. [19] Los sistemas de presión migratoria y las zonas frontales existen a esta escala. [ cita necesaria ]
Los centros de las áreas superficiales de alta y baja presión que se encuentran dentro de 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 sus alrededores. Los mapas meteorológicos de los países de habla inglesa representarán sus máximos como Hs y sus mínimos como Ls, [20] mientras que los países de habla hispana representarán sus máximos como A y sus mínimos 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, mayores vientos, mayores temperaturas y movimientos ascendentes en la atmósfera, lo que aumenta las posibilidades de precipitaciones. Las bajas polares pueden formarse sobre aguas oceánicas relativamente templadas cuando el aire frío entra desde la capa de hielo. El agua relativamente más cálida provoca una convección ascendente, lo que provoca la formación de una depresión y precipitaciones generalmente en forma de nieve. Los ciclones tropicales y las tormentas invernales son variedades intensas de baja presión. En tierra, las mínimas térmicas son indicativas de un 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 hacia afuera y en sentido contrario a las agujas del reloj en el hemisferio sur. En temperaturas máximas en la superficie, el hundimiento de la atmósfera calienta ligeramente el aire por compresión, lo que provoca 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 decreciente asociado con la alta presión. [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, se caracteriza por cambios de temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento, un mínimo de presión atmosférica y un cambio en el patrón de nubes, a veces con precipitación. Los frentes fríos se desarrollan donde avanza la masa de aire frío, los frentes cálidos donde avanza el aire cálido y un frente estacionario que no se mueve. Los frentes clásicamente se envuelven alrededor de 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 entre el ecuador y los polos, subyacente a una corriente en chorro a gran altitud por razones del 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 accidentes geográficos como montañas y grandes masas de agua. [13]
Un frente frío se ubica en el borde de ataque de un gradiente de temperatura pronunciado en un análisis de isoterma , a menudo marcado por una depresión superficial pronunciada . Los frentes fríos pueden moverse hasta dos veces más rápido que los frentes cálidos y producir cambios climáticos más bruscos , ya que el aire frío es más denso que el aire cálido y eleva y empuja rápidamente el aire más cálido. Los frentes fríos suelen ir acompañados de una estrecha banda de nubes, aguaceros y tormentas eléctricas. En un mapa meteorológico, la posición en la superficie del frente frío está marcada con una línea azul de triángulos (puntos) que apuntan en la dirección de avance, en el borde de ataque de la masa de aire más fría. [13]
Los frentes cálidos marcan la posición en la superficie de la Tierra donde una masa de aire relativamente caliente avanza hacia aire más frío. El frente está marcado en el borde cálido del gradiente en isotermas y se encuentra dentro de una vaguada 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 sólo es empujado a lo largo (no levantado) de la superficie de la Tierra. La masa de aire caliente anula la masa de aire frío, por lo que los cambios de temperatura y nubes ocurren en altitudes más altas antes que en la superficie. Las nubes delante del frente cálido son en su mayoría estratiformes y la precipitación aumenta gradualmente a medida que se acerca el frente. Antes 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, descenderán en la atmósfera a medida que el frente pase. 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 con inestabilidad ambiental pueden favorecer el desarrollo de tormentas. En los mapas meteorológicos, la ubicación en la superficie de un frente cálido está marcada con una línea roja de semicírculos que apuntan en la dirección de avance.
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 la envoltura 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 avance: 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 supera al frente cálido es más fría que el aire frío que se encuentra delante del frente cálido y pasa por debajo de ambas masas de aire. En una oclusión cálida, la masa de aire que supera al frente cálido no es tan fría como el aire frío que se encuentra delante del frente cálido y pasa sobre la masa de aire más frío mientras eleva 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 avance. [13]
Los frentes ocluidos generalmente se forman 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 frío, cálido y ocluido 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. Suelen permanecer en la misma zona durante largos periodos 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 pronunciada con isotermas más espaciadas. A lo largo de un frente estacionario se puede encontrar una amplia variedad de condiciones climáticas, caracterizadas más por su presencia prolongada que por un tipo específico. Los frentes estacionarios pueden disiparse después de varios días, pero pueden convertirse en un frente frío o cálido si las condiciones en altura cambian, impulsando una masa de aire hacia la otra. Los frentes estacionarios están marcados en los mapas meteorológicos con semicírculos rojos y picos azules que apuntan en direcciones opuestas, lo que indica que no hay movimiento significativo. [ cita necesaria ]
A medida que las temperaturas de las masas de aire se igualan, los frentes estacionarios pueden reducir su escala, degenerando en una zona estrecha donde la dirección del viento cambia en una distancia corta, conocida como línea de corte, [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 tormentosa, como las tormentas eléctricas. Las dimensiones horizontales suelen oscilar entre más de diez kilómetros y varios cientos de kilómetros. [32]
La línea seca es el límite entre masas de aire seco y húmedo al este de cadenas montañosas con orientación similar a las Montañas Rocosas , representada en el borde anterior 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 bajo el aire más seco de una manera similar a la de un frente frío que se acuña bajo aire más cálido. [33] Cuando el aire cálido y húmedo atrapado bajo la masa más seca se calienta, se vuelve menos denso y se eleva y, a veces, forma tormentas. [34] A mayores altitudes, el aire cálido y húmedo es menos denso que el aire más frío y seco y la pendiente límite se invierte. En las proximidades de la inversión en altura es posible que se produzcan condiciones meteorológicas adversas, especialmente si se forma un punto triple con un frente frío. [ cita necesaria ]
Durante las horas del día, el aire más seco de lo alto se desplaza hacia la superficie, provocando un movimiento aparente de la línea seca hacia el este. Por la noche, el límite vuelve hacia el oeste porque ya no hay calefacción solar que ayude a mezclar la atmósfera inferior. [35] Si suficiente humedad converge sobre la línea seca, puede ser el foco de tormentas de 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 del movimiento del límite. [37]
Las áreas organizadas de actividad tormentosa no sólo refuerzan las zonas frontales preexistentes, sino que también pueden superar a los frentes fríos. Este avance se produce en un patrón en el que el chorro del nivel superior se divide en dos corrientes. El sistema convectivo de mesoescala (MCS) resultante se forma en el punto de división del nivel superior en el patrón de viento en el área de la mejor entrada de niveles bajos . Luego, la convección se mueve hacia el este y el ecuador hacia el sector cálido, paralela a las líneas de espesor de los niveles bajos. Cuando la convección es fuerte y lineal o curva, la MCS se denomina línea de turbonada y la característica se ubica en el borde de ataque, donde el viento significativo cambia y la presión aumenta. [38] Áreas de tormentas aún más débiles y menos organizadas darán lugar a aire localmente más frío y presiones más altas, y existen límites de flujo de salida antes de este tipo de actividad, "SQLN" o "SQUALL LINE", mientras que los límites de flujo de salida se representan como valles con una etiqueta de "OUTFLOW BOUNDARY" o "OUTFLOW BNDRY". [ cita necesaria ]
Los frentes de brisa marina ocurren en días soleados cuando la masa de tierra calienta el aire sobre ella a una temperatura superior a la del agua. Límites similares se forman a favor del viento en lagos y ríos durante el día, así como en masas de tierra costeras durante la noche. Dado que el calor específico del agua es tan alto, hay pocos cambios de temperatura diurnos en los cuerpos de agua, incluso en los días más soleados. La temperatura del agua varía menos de 1 °C (1,8 °F). En cambio, el terreno, con un calor específico menor, puede variar varios grados en cuestión de horas. [39]
Durante la tarde, la presión del aire disminuye sobre la tierra a medida que asciende el aire más cálido. El aire relativamente más frío sobre el mar entra corriendo para reemplazarlo. El resultado es un viento terrestre relativamente frío. Este proceso generalmente se revierte durante 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 la temperatura del agua es más fría que la de la tierra durante la noche, la brisa marina puede continuar, aunque disminuyendo un poco. Este suele ser el caso , por ejemplo, en la costa de California . [ cita necesaria ]
Si existe suficiente humedad, se pueden formar tormentas eléctricas a lo largo de los frentes de brisa marina que luego pueden enviar límites de salida. Esto provoca regímenes caóticos de viento/presión si el flujo de dirección es débil. Como todas las demás características de la superficie, los frentes de brisa marina se encuentran dentro de canales de baja presión. [ cita necesaria ]
Un núcleo de reflectividad descendente (DRC) es un fenómeno meteorológico observado en tormentas supercélulas , caracterizado por un área localizada de pequeña escala de reflectividad de radar mejorada que desciende desde el eco saliente hacia los niveles inferiores de la tormenta.
