La ciencia atmosférica es el estudio de la atmósfera de la Tierra y sus diversos procesos físicos internos. La meteorología incluye la química atmosférica y la física atmosférica con un enfoque principal en el pronóstico del tiempo . La climatología es el estudio de los cambios atmosféricos (tanto a largo como a corto plazo) que definen los climas promedio y su cambio a lo largo del tiempo (variabilidad climática) . La aeronomía es el estudio de las capas superiores de la atmósfera, donde la disociación y la ionización son importantes. La ciencia atmosférica se ha extendido al campo de la ciencia planetaria y al estudio de las atmósferas de los planetas y satélites naturales del Sistema Solar .
Los instrumentos experimentales utilizados en la ciencia atmosférica incluyen satélites , cohetes-sondas , radiosondas , globos meteorológicos , radares y láseres .
El término aerología (del griego ἀήρ, aēr , " aire "; y -λογία, -logia ) se utiliza a veces como un término alternativo para el estudio de la atmósfera de la Tierra; [1] en otras definiciones, la aerología se restringe a la atmósfera libre , la región por encima de la capa límite planetaria . [2]
Los primeros pioneros en este campo incluyen a Léon Teisserenc de Bort y Richard Assmann . [3]
La química atmosférica es una rama de la ciencia atmosférica en la que se estudia la química de la atmósfera de la Tierra y de otros planetas. Es un campo de investigación multidisciplinario y se nutre de la química ambiental, la física, la meteorología, la modelización informática, la oceanografía, la geología y la vulcanología, entre otras disciplinas. La investigación está cada vez más conectada con otras áreas de estudio, como la climatología.
La composición y la química de la atmósfera son importantes por varias razones, pero principalmente por las interacciones entre la atmósfera y los organismos vivos. La composición de la atmósfera de la Tierra ha cambiado debido a la actividad humana y algunos de estos cambios son perjudiciales para la salud humana, los cultivos y los ecosistemas. Algunos ejemplos de problemas que se han abordado mediante la química atmosférica incluyen la lluvia ácida, el smog fotoquímico y el calentamiento global. La química atmosférica busca comprender las causas de estos problemas y, al obtener una comprensión teórica de ellos, permitir que se prueben posibles soluciones y se evalúen los efectos de los cambios en las políticas gubernamentales.
La dinámica atmosférica es el estudio de los sistemas de movimiento de importancia meteorológica, integrando observaciones en múltiples lugares y tiempos y teorías. Los temas comunes estudiados incluyen diversos fenómenos como tormentas eléctricas , tornados , ondas de gravedad , ciclones tropicales , ciclones extratropicales , corrientes en chorro y circulaciones a escala global. El objetivo de los estudios dinámicos es explicar las circulaciones observadas sobre la base de principios fundamentales de la física . Los objetivos de tales estudios incorporan la mejora de la previsión meteorológica , el desarrollo de métodos para predecir fluctuaciones climáticas estacionales e interanuales y la comprensión de las implicaciones de las perturbaciones inducidas por el hombre (por ejemplo, el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono o el agotamiento de la capa de ozono) en el clima global. [4]
La física atmosférica es la aplicación de la física al estudio de la atmósfera. Los físicos atmosféricos intentan modelar la atmósfera de la Tierra y las atmósferas de los demás planetas utilizando ecuaciones de flujo de fluidos, modelos químicos, equilibrio de radiación y procesos de transferencia de energía en la atmósfera y los océanos y la tierra subyacentes. Para modelar los sistemas meteorológicos, los físicos atmosféricos emplean elementos de la teoría de la dispersión, modelos de propagación de ondas , física de nubes , mecánica estadística y estadística espacial , cada uno de los cuales incorpora altos niveles de matemáticas y física. La física atmosférica tiene estrechos vínculos con la meteorología y la climatología y también abarca el diseño y la construcción de instrumentos para estudiar la atmósfera y la interpretación de los datos que proporcionan, incluidos los instrumentos de teledetección .
En el Reino Unido, los estudios atmosféricos están respaldados por la Oficina Meteorológica. Las divisiones de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA) supervisan los proyectos de investigación y la modelización meteorológica que involucran la física atmosférica. El Centro Nacional de Astronomía e Ionosfera de los Estados Unidos también realiza estudios de la alta atmósfera.
El campo magnético de la Tierra y el viento solar interactúan con la atmósfera, creando la ionosfera , los cinturones de radiación de Van Allen , las corrientes telúricas y la energía radiante .
Es una ciencia que basa sus conocimientos más generales en las disciplinas más especializadas de la meteorología, la oceanografía, la geología y la astronomía, que a su vez se sustentan en las ciencias básicas de la física, la química y las matemáticas. A diferencia de la meteorología , que estudia los sistemas meteorológicos de corto plazo con una duración de hasta unas pocas semanas, la climatología estudia la frecuencia y las tendencias de esos sistemas. Estudia la periodicidad de los fenómenos meteorológicos a lo largo de años hasta milenios, así como los cambios en los patrones meteorológicos medios a largo plazo, en relación con las condiciones atmosféricas. Los climatólogos , quienes practican la climatología, estudian tanto la naturaleza de los climas —locales, regionales o globales— como los factores naturales o inducidos por el hombre que provocan cambios en los climas. La climatología considera el pasado y trata de predecir el cambio climático futuro .
Los fenómenos de interés climatológico incluyen la capa límite atmosférica , los patrones de circulación , la transferencia de calor ( radiativo , convectivo y latente ), las interacciones entre la atmósfera y los océanos y la superficie terrestre (en particular la vegetación , el uso de la tierra y la topografía ), y la composición química y física de la atmósfera. Las disciplinas relacionadas incluyen la astrofísica , la física atmosférica , la química , la ecología , la geografía física , la geología , la geofísica , la glaciología , la hidrología , la oceanografía y la vulcanología .
La aeronomía es el estudio científico de la atmósfera superior de la Tierra (las capas atmosféricas por encima de la estratopausa ) y las regiones correspondientes de las atmósferas de otros planetas, donde la atmósfera completa puede corresponder a la atmósfera superior de la Tierra o a una parte de ella. La aeronomía, una rama tanto de la química atmosférica como de la física atmosférica, contrasta con la meteorología, que se centra en las capas de la atmósfera por debajo de la estratopausa. [5] En las regiones atmosféricas estudiadas por los aerónomos, la disociación química y la ionización son fenómenos importantes.
Todos los planetas del Sistema Solar tienen atmósferas. Esto se debe a que su gravedad es lo suficientemente fuerte como para mantener las partículas gaseosas cerca de la superficie. Los gigantes gaseosos más grandes son lo suficientemente masivos como para mantener grandes cantidades de gases ligeros como el hidrógeno y el helio cerca, mientras que los planetas más pequeños pierden estos gases en el espacio . [6] La composición de la atmósfera de la Tierra es diferente a la de los otros planetas porque los diversos procesos vitales que han ocurrido en el planeta han introducido oxígeno molecular libre . [7] Gran parte de la atmósfera de Mercurio ha sido arrastrada por el viento solar . [8] La única luna que ha conservado una atmósfera densa es Titán . Hay una atmósfera delgada en Tritón y un rastro de atmósfera en la Luna .
Las atmósferas planetarias se ven afectadas por los distintos grados de energía que reciben del Sol o de sus interiores, lo que lleva a la formación de sistemas climáticos dinámicos como huracanes (en la Tierra), tormentas de polvo de alcance planetario ( en Marte ), un anticiclón del tamaño de la Tierra en Júpiter (llamado la Gran Mancha Roja ) y agujeros en la atmósfera (en Neptuno). [9] Se ha afirmado que al menos un planeta extrasolar, HD 189733 b , posee un sistema climático de este tipo, similar a la Gran Mancha Roja pero el doble de grande. [10]
Se ha demostrado que los Júpiter calientes están perdiendo sus atmósferas en el espacio debido a la radiación estelar, de forma muy similar a las colas de los cometas. [11] [12] Estos planetas pueden tener grandes diferencias de temperatura entre sus lados diurno y nocturno, lo que produce vientos supersónicos, [13] aunque los lados diurno y nocturno de HD 189733b parecen tener temperaturas muy similares, lo que indica que la atmósfera del planeta redistribuye efectivamente la energía de la estrella alrededor del planeta. [10]
