El tiempo es el estado de la atmósfera , describiendo por ejemplo el grado en que hace calor 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, las precipitaciones y otras condiciones atmosféricas del día a día , 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 "clima" significa el clima de la Tierra.
El clima está determinado 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 particular, que varía con la latitud . El fuerte contraste de temperatura entre el aire polar y tropical da lugar a 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 de la corriente en chorro. Debido a que el eje de la Tierra está inclinado con respecto a 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) al año. Durante 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 en el cambio climático global .
Las diferencias de temperatura en la superficie provocan a su vez 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 radiativas al espacio son en su mayoría constantes. El pronóstico del tiempo 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. El sistema climático 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. A lo largo de la historia se han producido intentos humanos de controlar el clima y hay evidencia de que actividades humanas como la agricultura y la industria han modificado los patrones climáticos.
Estudiar cómo funciona el clima en otros planetas ha sido útil para comprender cómo funciona el clima en la Tierra. Un hito famoso 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, creando lo que es esencialmente una atmósfera muy delgada en todo el Sistema Solar. El movimiento de la masa expulsada del Sol se conoce como viento solar .
En la Tierra , los fenómenos meteorológicos comunes incluyen viento, nubes , lluvia, nieve, niebla y tormentas de polvo . Los eventos menos comunes incluyen desastres naturales como tornados , huracanes , tifones y tormentas de hielo . Casi todos los fenómenos meteorológicos conocidos ocurren en la troposfera (la parte inferior de la atmósfera). [3] El clima ocurre en la estratosfera y puede afectar el clima más bajo 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 lugar en particular, que varía según la latitud en los trópicos. En otras palabras, cuanto más lejos de los trópicos nos encontramos, menor es el ángulo del sol, lo que hace que esos lugares sean más fríos debido a la dispersión de la luz solar sobre una superficie mayor. [6] El fuerte contraste de temperatura entre el aire polar y tropical da lugar a células de circulación atmosférica a gran escala y a 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 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 del sol cae más directamente sobre ese lugar que en diciembre (ver Efecto del ángulo del sol en el clima ). [10] Este efecto causa las estaciones. Durante miles a cientos de miles de años, los cambios en los parámetros orbitales de la Tierra afectan la cantidad y distribución de la energía solar recibida por la Tierra e influyen en el clima a largo plazo. (Ver ciclos de Milankovitch ). [11]
El calentamiento solar desigual (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 temperatura superficial más alta y el calentamiento por radiación, lo que produce la tasa de caída adiabática . [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 que se encuentran debajo. Las inversiones pueden provocar la formación de niebla y, a menudo, actúan como una capa que suprime el desarrollo de tormentas. A escalas locales, las diferencias de temperatura pueden ocurrir porque diferentes superficies (como océanos, bosques, capas de hielo u objetos creados por el hombre) tienen diferentes características físicas como la reflectividad , la rugosidad o el contenido de humedad.
Las diferencias de temperatura en la superficie provocan a su vez diferencias de presión. Una superficie caliente calienta el aire que está encima de ella, lo que hace que se expanda y reduzca la densidad y la presión del aire en la superficie 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 provoca 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 tanto, otros fenómenos meteorológicos. Los ejemplos a gran escala incluyen la celda 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 hasta causar grandes efectos en el sistema en su conjunto. [17] Esta inestabilidad atmosférica hace que el pronóstico del tiempo sea menos predecible que los maremotos o los eclipses. [18] Aunque es difícil predecir el tiempo con precisión con más de unos pocos días de antelación, los meteorólogos trabajan continuamente para ampliar este límite mediante la investigación meteorológica y el perfeccionamiento de las metodologías actuales en la predicción del tiempo. Sin embargo, es teóricamente imposible hacer predicciones útiles del día a día con más de dos semanas de anticipación, lo que impone un límite superior al potencial para mejorar la habilidad de predicción. [19]
El clima es uno de los procesos fundamentales que dan forma a la Tierra. El proceso de erosión descompone las rocas y los suelos en fragmentos más pequeños y luego en sus sustancias constituyentes. [20] Durante las precipitaciones lluviosas, 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 la superficie (como la lluvia ácida ) y los iones de sodio y cloruro (sal) depositados 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 mientras están al aire libre. Existen interpretaciones social y científicamente construidas sobre 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 sobre muertes, 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 . Hasta 2019, los tornados han tenido el mayor impacto en los seres humanos con 42 muertes y han costado daños a cultivos y propiedades por más de 3 mil millones de dólares. [23]
El clima ha desempeñado un papel importante y, a veces, directo en la historia de la humanidad . Aparte de los cambios climáticos que han provocado el desplazamiento gradual de las poblaciones (por ejemplo, la desertificación del Medio Oriente y la formación de puentes terrestres durante los períodos glaciales ), los fenómenos meteorológicos extremos han provocado movimientos de población a menor escala y han interferido directamente en los acontecimientos históricos. Uno de esos acontecimientos es la salvación de Japón de la invasión de la flota mongol de Kublai Khan por los vientos kamikazes en 1281. [24] Los reclamos franceses sobre Florida llegaron a su fin en 1565 cuando un huracán destruyó la flota francesa, lo que permitió a España conquistar Fort Carolina . [25] Más recientemente, el huracán Katrina redistribuyó a más de un millón de personas de la costa central del Golfo en otros lugares de los Estados Unidos, convirtiéndose en la diáspora más grande en la historia de los Estados Unidos. [26]
La Pequeña Edad del Hielo provocó pérdidas de cosechas y hambrunas en Europa. Durante el período conocido como Fluctuación de Grindelwald (1560-1630), los fenómenos de forzamiento volcánico [27] parecen haber provocado fenómenos meteorológicos más extremos. [28] Estos incluyeron sequías, tormentas y ventiscas fuera de temporada, además de provocar la expansión del glaciar suizo 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]
El pronóstico del tiempo 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 formalmente desde al menos el siglo XIX. [30] Los pronósticos meteorológicos se realizan recopilando datos cuantitativos sobre el estado actual de la atmósfera y utilizando la comprensión científica de los procesos atmosféricos para proyectar cómo evolucionará la atmósfera. [31]
Los modelos de pronóstico [32] [33], que alguna vez fueron un esfuerzo totalmente humano basado principalmente en cambios en la presión barométrica , las condiciones climáticas actuales y las condiciones del cielo, 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 involucra muchas disciplinas como habilidades de reconocimiento de patrones, teleconexiones , conocimiento del desempeño del modelo y conocimiento de los sesgos del modelo.
La naturaleza caótica de la atmósfera, la enorme potencia computacional necesaria para resolver las ecuaciones que describen la atmósfera, el error involucrado en la medición de las condiciones iniciales y una comprensión incompleta de los procesos atmosféricos hacen que los pronósticos se vuelvan menos precisos a partir de la diferencia horaria actual. y aumenta el tiempo durante el cual se realiza el pronóstico (el rango del pronóstico). El uso de conjuntos y consenso de modelos ayuda a reducir el error y elegir el resultado más probable. [34] [35] [36]
Hay una variedad de usuarios finales de las previsiones meteorológicas. Las advertencias meteorológicas son pronósticos importantes porque se utilizan para proteger vidas y propiedades. [37] [38] Los pronósticos basados en la temperatura y las precipitaciones son importantes para la agricultura, [39] [40] [41] [42] y, por lo tanto, para los comerciantes de productos básicos en los mercados de valores. Las empresas 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 ponerse en un día determinado. Dado que las actividades al aire libre se ven gravemente restringidas por las fuertes lluvias , la nieve y el viento helado , los pronósticos se pueden utilizar para planificar actividades en torno a estos eventos y planificar con anticipación para sobrevivir a ellos.
El pronóstico del clima tropical es diferente al 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 se calienten (Stevens 2011). Y, la dirección vertical (hacia arriba, como uno está 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 más fuertemente en latitudes altas que en latitudes bajas. Debido a estos dos factores, las nubes y las tormentas en los trópicos pueden ocurrir de manera más espontánea en comparación con aquellas en 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 pronosticar en los trópicos que en latitudes más altas. Por otro lado, la temperatura se puede pronosticar fácilmente en los trópicos, porque no cambia mucho. [46]
La aspiración de controlar el clima es evidente a lo largo de la historia de la humanidad: desde los antiguos rituales destinados a traer lluvia para las cosechas hasta la Operación Militar Popeye de Estados Unidos , un intento de interrumpir las líneas de suministro alargando el monzón norvietnamita . Los intentos más exitosos de influir en el clima implican 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 lugares de la ciudad de Beijing en un esfuerzo por mantener la lluvia alejada de la ceremonia inaugural de los juegos el 8 de agosto de 2008. Guo Hu, jefe de la Oficina Meteorológica Municipal de Beijing (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 de Fangshan de Beijing registrando una lluvia de 25 milímetros. [48]
Si bien no hay pruebas concluyentes sobre la eficacia de estas técnicas, existe una amplia evidencia de que la actividad humana, como la agricultura y la industria, produce modificaciones climáticas involuntarias: [47]
Los efectos de la modificación climática involuntaria pueden plantear serias amenazas 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 , aproximadamente 1 km o menos. Estas dos ramas de la meteorología a veces se agrupan como "meteorología de mesoescala y microescala" (MMM) y juntas estudian todos los fenómenos menores que la escala sinóptica ; es decir, estudian características generalmente demasiado pequeñas para ser representadas en un mapa meteorológico . Estos incluyen pequeñas y generalmente fugaces "ráfagas" de nubes y otras pequeñas características de las nubes. [52]
En la Tierra, las temperaturas suelen oscilar entre ±40 °C (100 °F a -40 °F) al año. La variedad de climas y latitudes en todo el planeta puede ofrecer temperaturas extremas 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 se cuestiona esa lectura . 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 , en la Antártida. [56]
La temperatura media anual más fría en un lugar habitado permanentemente se encuentra 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 es en la Antártida, Commonwealth Bay (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 Mount Rainier , Washington, Estados Unidos. Se registraron 31.102 mm (102,04 pies) de nieve. [59]
Se ha considerado útil estudiar cómo funciona el clima en otros planetas 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 única corriente en chorro cerca del paralelo 50 de latitud norte, [64] y Venus tiene un solo chorro cerca del ecuador. [sesenta y cinco]
Uno de los hitos 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: en el planeta Neptuno se han medido ráfagas de hasta 600 metros por segundo (unos 2.100 km/h o 1.300 mph) . [67] Esto ha creado un enigma para los científicos planetarios . En última instancia, el clima es creado por la energía solar y la cantidad de energía que recibe Neptuno es sólo aproximadamente 1 ⁄ 900 de la que recibe la Tierra; sin embargo, la intensidad de los fenómenos climáticos en Neptuno es mucho mayor que en la Tierra. [68] Los vientos planetarios más fuertes descubiertos hasta ahora se encuentran 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 la masa expulsada del Sol se conoce como viento solar . Las inconsistencias en este viento y 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 climáticos convencionales (como la presión y el viento) y se conoce generalmente como clima espacial . Las eyecciones de masa coronal han sido rastreadas en lugares tan lejanos del 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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