La meteorología es una rama de las ciencias atmosféricas (que incluyen la química y la física atmosféricas) con un enfoque principal en la predicción del tiempo . El estudio de la meteorología se remonta a milenios , aunque el progreso significativo en meteorología no comenzó hasta el siglo XVIII. El siglo XIX vio un progreso modesto en el campo después de que se formaran redes de observación meteorológica en amplias regiones. Los intentos anteriores de predicción del tiempo dependían de datos históricos. No fue hasta después de la elucidación de las leyes de la física, y más particularmente en la segunda mitad del siglo XX, el desarrollo de la computadora (que permitió la solución automatizada de una gran cantidad de ecuaciones de modelado) que se lograron avances significativos en la predicción del tiempo. Una rama importante de la predicción del tiempo es la predicción del tiempo marino en lo que respecta a la seguridad marítima y costera, en la que los efectos del clima también incluyen interacciones atmosféricas con grandes masas de agua.
Los fenómenos meteorológicos son fenómenos meteorológicos observables que se explican mediante la ciencia de la meteorología. Los fenómenos meteorológicos se describen y cuantifican mediante las variables de la atmósfera terrestre: temperatura, presión del aire, vapor de agua , flujo de masa , y las variaciones e interacciones de estas variables, y cómo cambian con el tiempo. Se utilizan diferentes escalas espaciales para describir y predecir el tiempo a nivel local, regional y global.
La meteorología, la climatología , la física atmosférica y la química atmosférica son subdisciplinas de las ciencias atmosféricas . La meteorología y la hidrología componen el campo interdisciplinario de la hidrometeorología . Las interacciones entre la atmósfera de la Tierra y sus océanos son parte de un sistema acoplado océano-atmósfera. La meteorología tiene aplicaciones en muchos campos diversos, como el militar, la producción de energía, el transporte, la agricultura y la construcción.
La palabra meteorología proviene del griego antiguo μετέωρος metéōros ( meteorito ) y -λογία -logia ( -(o)logía ), que significa "el estudio de las cosas que se encuentran en el aire".
Los primeros intentos de predecir el tiempo solían estar relacionados con la profecía y la adivinación , y a veces se basaban en ideas astrológicas. Las religiones antiguas creían que los fenómenos meteorológicos estaban bajo el control de los dioses. [1] La capacidad de predecir las lluvias y las inundaciones basándose en ciclos anuales fue evidentemente utilizada por los humanos al menos desde la época de los asentamientos agrícolas, si no antes. Los primeros enfoques para predecir el tiempo se basaban en la astrología y eran practicados por sacerdotes. Los egipcios tenían rituales para hacer llover ya en el año 3500 a. C. [1]
Los antiguos Upanishads indios contienen menciones de nubes y estaciones . [2] El Samaveda menciona sacrificios que se debían realizar cuando se notaban ciertos fenómenos. [3] La obra clásica de Varāhamihira Brihatsamhita , escrita alrededor del año 500 d. C., [2] proporciona evidencia de la observación del clima.
Las inscripciones cuneiformes en las tablillas babilónicas incluían asociaciones entre el trueno y la lluvia. Los caldeos diferenciaban los halos de 22° y 46° . [3]
Los antiguos griegos fueron los primeros en hacer teorías sobre el clima. Muchos filósofos naturales estudiaron el clima. Sin embargo, como no existían instrumentos meteorológicos , la investigación era en gran parte cualitativa y solo podía juzgarse mediante especulaciones teóricas más generales. [4] Heródoto afirma que Tales predijo el eclipse solar de 585 a. C. Estudió las tablas de equinoccios babilónicos. [5] Según Séneca, dio la explicación de que la causa de las inundaciones anuales del Nilo se debía a los vientos del norte que obstaculizaban su descenso por el mar. [6] Anaximandro y Anaxímenes pensaban que los truenos y relámpagos eran causados por el aire que chocaba contra la nube, encendiendo así la llama. Las primeras teorías meteorológicas generalmente consideraban que había una sustancia parecida al fuego en la atmósfera. Anaximandro definió el viento como un flujo de aire, pero esto no fue generalmente aceptado durante siglos. [7] Una teoría para explicar el granizo de verano fue propuesta por primera vez por Anaxágoras . Observó que la temperatura del aire disminuía con el aumento de la altura y que las nubes contienen humedad. También observó que el calor hacía que los objetos se elevaran y, por lo tanto, el calor en un día de verano haría que las nubes alcanzaran una altitud en la que la humedad se congelaría. [8] Empédocles teorizó sobre el cambio de estaciones. Creía que el fuego y el agua se oponían entre sí en la atmósfera y que, cuando el fuego ganaba, el resultado era verano y, cuando lo hacía el agua, era invierno. Demócrito también escribió sobre las inundaciones del Nilo. Dijo que durante el solsticio de verano, la nieve en las partes septentrionales del mundo se derretía. Esto haría que los vapores formaran nubes, que causarían tormentas cuando los vientos del norte las llevaran al Nilo, llenando así los lagos y el Nilo. [9] Hipócrates investigó el efecto del clima en la salud. Eudoxo afirmó que el mal tiempo seguía a períodos de cuatro años, según Plinio. [10]
Estas primeras observaciones formarían la base de la Meteorología de Aristóteles , escrita en el año 350 a. C. [11] [12] Aristóteles es considerado el fundador de la meteorología. [13] Uno de los logros más impresionantes descritos en la Meteorología es la descripción de lo que hoy se conoce como el ciclo hidrológico . Su trabajo seguiría siendo una autoridad en meteorología durante casi 2000 años. [14]
El libro De Mundo (compuesto antes del 250 a. C. o entre el 350 y el 200 a. C.) señaló: [15]
Después de Aristóteles, el progreso en meteorología se estancó durante mucho tiempo. Teofrasto compiló un libro sobre pronóstico del tiempo, llamado el Libro de los signos , así como Sobre los vientos . Dio cientos de señales para los fenómenos meteorológicos para un período de hasta un año. [16] Su sistema se basaba en dividir el año por la puesta y la salida de la Pléyade, mitades en solsticios y equinoccios, y la continuidad del clima para esos períodos. También dividió los meses en luna nueva, cuarto día, octavo día y luna llena, en probabilidad de que ocurriera un cambio en el clima. El día se dividió en amanecer, media mañana, mediodía, media tarde y puesta del sol, con divisiones correspondientes de la noche, con un cambio probable en una de estas divisiones. [17] Aplicando las divisiones y un principio de equilibrio en el clima anual, se le ocurrieron pronósticos como que si cae mucha lluvia en el invierno, la primavera suele ser seca. En su obra también se encuentran reglas basadas en las acciones de los animales, como por ejemplo que si un perro se revuelca en el suelo es señal de tormenta. También se consideraban importantes las estrellas fugaces y la Luna. Sin embargo, no intentó explicar estos fenómenos, refiriéndose únicamente al método aristotélico. [18] La obra de Teofrasto siguió siendo una influencia dominante en la predicción meteorológica durante casi 2000 años. [19]
La meteorología siguió estudiándose y desarrollándose a lo largo de los siglos, pero no fue hasta el Renacimiento, entre los siglos XIV y XVII, cuando se produjeron avances significativos en este campo. Científicos como Galileo y Descartes introdujeron nuevos métodos e ideas que dieron lugar a la revolución científica en meteorología.
Las especulaciones sobre la causa de la inundación del Nilo terminaron cuando Eratóstenes , según Proclo , afirmó que se sabía que el hombre había ido a las fuentes del Nilo y observado las lluvias, aunque el interés en sus implicaciones continuó. [20]
Durante la era de la Grecia romana y de Europa, el interés científico por la meteorología disminuyó. En el siglo I a. C., la mayoría de los filósofos naturales afirmaban que las nubes y los vientos se extendían hasta 111 millas, pero Posidonio pensaba que alcanzaban hasta cinco millas, después de las cuales el aire es claro, líquido y luminoso. Siguió de cerca las teorías de Aristóteles. A finales del siglo II a. C., el centro de la ciencia se trasladó de Atenas a Alejandría , sede de la antigua Biblioteca de Alejandría . En el siglo II d. C., el Almagesto de Ptolomeo se ocupó de la meteorología, porque se consideraba un subconjunto de la astronomía. Dio varias predicciones astrológicas del tiempo. [21] Construyó un mapa del mundo dividido en zonas climáticas por su iluminación, en el que la duración del solsticio de verano aumentaba en media hora por zona entre el ecuador y el Ártico. [22] Ptolomeo escribió sobre la refracción atmosférica de la luz en el contexto de las observaciones astronómicas. [23]
En el año 25 d. C., Pomponio Mela , un geógrafo romano, formalizó el sistema de zonas climáticas. [24] En el año 63-64 d. C., Séneca escribió Naturales quaestiones . Fue una recopilación y síntesis de las teorías griegas antiguas. Sin embargo, la teología era de suma importancia para Séneca, y creía que fenómenos como los rayos estaban ligados al destino. [25] El segundo libro (capítulo) de la Historia natural de Plinio trata sobre meteorología. Afirma que más de veinte autores griegos antiguos estudiaron meteorología. No hizo ninguna contribución personal, y el valor de su trabajo radica en preservar la especulación anterior, al igual que el trabajo de Séneca. [26]
Entre los años 400 y 1100, el saber científico en Europa fue preservado por el clero. Isidoro de Sevilla dedicó una atención considerable a la meteorología en Etymologiae , De ordine creaturum y De natura rerum . Beda el Venerable fue el primer inglés en escribir sobre el clima en De Natura Rerum en 703. La obra era un resumen de las fuentes clásicas existentes en ese momento. Sin embargo, las obras de Aristóteles se perdieron en gran parte hasta el siglo XII, incluida Meteorologica . Isidoro y Beda tenían una mentalidad científica, pero se adhirieron a la letra de las Escrituras . [27]
La civilización islámica tradujo muchas obras antiguas al árabe que fueron transmitidas y traducidas en Europa occidental al latín. [28]
En el siglo IX, Al-Dinawari escribió el Kitab al-Nabat (Libro de las plantas), en el que trata de la aplicación de la meteorología a la agricultura durante la Revolución Agrícola Árabe . Describe el carácter meteorológico del cielo, los planetas y las constelaciones , el sol y la luna , las fases lunares que indican las estaciones y la lluvia, los anwa ( cuerpos celestes de lluvia) y los fenómenos atmosféricos como vientos, truenos, relámpagos, nieve, inundaciones, valles, ríos, lagos. [29] [30]
En 1021, Alhazen demostró que la refracción atmosférica también es responsable del crepúsculo en el tesauro Opticae ; estimó que el crepúsculo comienza cuando el sol está 19 grados por debajo del horizonte , y también utilizó una determinación geométrica basada en esto para estimar la altura máxima posible de la atmósfera de la Tierra en 52.000 passim (aproximadamente 49 millas o 79 km). [31]
Adelardo de Bath fue uno de los primeros traductores de los clásicos. También trató temas meteorológicos en sus Quaestiones naturales . Pensaba que el aire denso producía propulsión en forma de viento. Explicó los truenos diciendo que se debían a la colisión del hielo en las nubes y que en verano se derretían. En el siglo XIII, las teorías aristotélicas restablecieron el dominio en meteorología. Durante los siguientes cuatro siglos, el trabajo meteorológico en general fue principalmente un comentario . Se ha estimado que se escribieron más de 156 comentarios sobre Meteorologica antes de 1650. [32]
La evidencia experimental era menos importante que la apelación a los clásicos y a la autoridad en el pensamiento medieval. En el siglo XIII, Roger Bacon abogó por la experimentación y el enfoque matemático. En su Opus majus , siguió la teoría de Aristóteles sobre la composición de la atmósfera de agua, aire y fuego, complementada con pruebas ópticas y geométricas. Señaló que las zonas climáticas de Ptolomeo tenían que ajustarse a la topografía . [33]
San Alberto Magno fue el primero en proponer que cada gota de lluvia que caía tenía la forma de una pequeña esfera, y que esta forma significaba que el arcoíris se producía por la interacción de la luz con cada gota de lluvia. [34] Roger Bacon fue el primero en calcular el tamaño angular del arcoíris. Afirmó que la cima del arcoíris no puede aparecer a más de 42 grados sobre el horizonte. [35]
A finales del siglo XIII y principios del XIV, Kamāl al-Dīn al-Fārisī y Teodorico de Friburgo fueron los primeros en dar explicaciones correctas sobre el fenómeno del arcoíris primario. Teodorico fue más allá y también explicó el arcoíris secundario. [36]
A mediados del siglo XVI, la meteorología se había desarrollado en dos líneas: la ciencia teórica basada en Meteorologica y la predicción astrológica del tiempo. La predicción pseudocientífica mediante signos naturales se hizo popular y gozó de la protección de la iglesia y los príncipes. Esto fue apoyado por científicos como Johannes Muller , Leonard Digges y Johannes Kepler . Sin embargo, hubo escépticos. En el siglo XIV, Nicole Oresme creía que era posible predecir el tiempo, pero que las reglas para ello eran desconocidas en ese momento. La influencia astrológica en la meteorología persistió hasta el siglo XVIII. [37]
El De Subilitate (1550) de Gerolamo Cardano fue la primera obra que cuestionó aspectos fundamentales de la teoría aristotélica. Cardano sostenía que sólo había tres elementos básicos: tierra, aire y agua. Descartaba el fuego porque necesitaba materia para propagarse y no producía nada. Cardano pensaba que había dos tipos de aire: aire libre y aire cerrado. El primero destruía las cosas inanimadas y preservaba las animadas, mientras que el segundo tenía el efecto opuesto. [38]
El Discurso del método de René Descartes (1637) ejemplifica el comienzo de la revolución científica en meteorología. Su método científico tenía cuatro principios: nunca aceptar nada a menos que uno supiera claramente que es verdad; dividir cada problema difícil en pequeños problemas para abordarlos; proceder de lo simple a lo complejo, buscando siempre relaciones; ser lo más completo y minucioso posible sin prejuicios. [39]
En el apéndice Les Meteores , aplicó estos principios a la meteorología. Habló de los cuerpos terrestres y de los vapores que surgen de ellos, y procedió a explicar la formación de nubes a partir de gotas de agua y vientos, y las nubes luego se disuelven en lluvia, granizo y nieve. También analizó los efectos de la luz en el arco iris. Descartes planteó la hipótesis de que todos los cuerpos estaban compuestos de pequeñas partículas de diferentes formas y entrelazamientos. Todas sus teorías se basaron en esta hipótesis. Explicó que la lluvia se debía a que las nubes se volvían demasiado grandes para que el aire las pudiera contener, y que las nubes se convertían en nieve si el aire no era lo suficientemente cálido como para derretirlas, o en granizo si se encontraban con un viento más frío. Al igual que sus predecesores, el método de Descartes era deductivo, ya que los instrumentos meteorológicos aún no se habían desarrollado ni se utilizaban ampliamente. Introdujo el sistema de coordenadas cartesianas en la meteorología y destacó la importancia de las matemáticas en las ciencias naturales. Su trabajo estableció la meteorología como una rama legítima de la física. [40]
En el siglo XVIII, la invención del termómetro y del barómetro permitió realizar mediciones más precisas de la temperatura y la presión, lo que condujo a una mejor comprensión de los procesos atmosféricos. Este siglo también vio el nacimiento de la primera sociedad meteorológica, la Societas Meteorologica Palatina en 1780. [41]
En el siglo XIX, los avances tecnológicos, como el telégrafo y la fotografía, llevaron a la creación de redes de observación meteorológica y a la capacidad de rastrear tormentas. Además, los científicos comenzaron a utilizar modelos matemáticos para hacer predicciones sobre el clima. El siglo XX fue testigo del desarrollo de la tecnología de radar y satélite, que mejoró enormemente la capacidad de observar y rastrear los sistemas meteorológicos. Además, los meteorólogos y los científicos atmosféricos comenzaron a crear los primeros pronósticos meteorológicos y predicciones de temperatura. [42]
En los siglos XX y XXI, con la llegada de los modelos informáticos y los macrodatos, la meteorología se ha vuelto cada vez más dependiente de los métodos numéricos y las simulaciones por ordenador, lo que ha mejorado enormemente la previsión meteorológica y las predicciones climáticas. Además, la meteorología se ha ampliado para incluir otras áreas, como la calidad del aire, la química atmosférica y la climatología. El avance de las tecnologías observacionales, teóricas y computacionales ha permitido realizar predicciones meteorológicas cada vez más precisas y comprender los patrones climáticos y la contaminación del aire. En la actualidad, con el avance de la previsión meteorológica y la tecnología satelital, la meteorología se ha convertido en una parte integral de la vida cotidiana y se utiliza para muchos fines, como la aviación, la agricultura y la gestión de desastres. [ cita requerida ]
En 1441, el hijo del rey Sejong , el príncipe Munjong de Corea, inventó el primer pluviómetro estandarizado . [43] Estos se enviaron a lo largo de la dinastía Joseon de Corea como una herramienta oficial para evaluar los impuestos a la tierra en función de la cosecha potencial de un agricultor. En 1450, Leone Battista Alberti desarrolló un anemómetro de placa oscilante , y fue conocido como el primer anemómetro . [44] En 1607, Galileo Galilei construyó un termoscopio . En 1611, Johannes Kepler escribió el primer tratado científico sobre cristales de nieve: "Strena Seu de Nive Sexangula (Un regalo de Año Nuevo de nieve hexagonal)". [45] En 1643, Evangelista Torricelli inventó el barómetro de mercurio . [44] En 1662, Sir Christopher Wren inventó el pluviómetro mecánico, autovaciante y de cubeta basculante. En 1714, Gabriel Fahrenheit creó una escala fiable para medir la temperatura con un termómetro de mercurio . [46] En 1742, Anders Celsius , un astrónomo sueco, propuso la escala de temperatura «centígrada», predecesora de la actual escala Celsius . [47] En 1783, Horace-Bénédict de Saussure demostró el primer higrómetro de cabello . En 1802-1803, Luke Howard escribió Sobre la modificación de las nubes , en el que asigna nombres latinos a los tipos de nubes . [48] En 1806, Francis Beaufort presentó su sistema para clasificar las velocidades del viento . [49] Cerca del final del siglo XIX se publicaron los primeros atlas de nubes , incluido el Atlas internacional de nubes , que ha permanecido impreso desde entonces. El lanzamiento en abril de 1960 del primer satélite meteorológico exitoso , TIROS-1 , marcó el comienzo de la era en la que la información meteorológica se hizo disponible a nivel mundial.
En 1648, Blaise Pascal redescubrió que la presión atmosférica disminuye con la altura, y dedujo que hay un vacío sobre la atmósfera. [50] En 1738, Daniel Bernoulli publicó Hidrodinámica , iniciando la teoría cinética de los gases y estableció las leyes básicas para la teoría de los gases. [51] En 1761, Joseph Black descubrió que el hielo absorbe calor sin cambiar su temperatura al derretirse. En 1772, el estudiante de Black, Daniel Rutherford , descubrió el nitrógeno , al que llamó aire flogístico , y juntos desarrollaron la teoría del flogisto . [52] En 1777, Antoine Lavoisier descubrió el oxígeno y desarrolló una explicación para la combustión. [53] En 1783, en el ensayo de Lavoisier "Reflexions sur le phlogistique", [54] desaprueba la teoría del flogisto y propone una teoría calórica . [55] [56] En 1804, John Leslie observó que una superficie negra mate irradia calor de manera más efectiva que una superficie pulida, lo que sugiere la importancia de la radiación del cuerpo negro . En 1808, John Dalton defendió la teoría calórica en Un nuevo sistema de química y describió cómo se combina con la materia, especialmente los gases; propuso que la capacidad calorífica de los gases varía inversamente con el peso atómico . En 1824, Sadi Carnot analizó la eficiencia de las máquinas de vapor utilizando la teoría calórica; desarrolló la noción de un proceso reversible y, al postular que tal cosa no existe en la naturaleza, sentó las bases de la segunda ley de la termodinámica . En 1716, Edmund Halley sugirió que las auroras son causadas por "efluvios magnéticos" que se mueven a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra .
En 1494, Cristóbal Colón experimentó un ciclón tropical, lo que dio lugar al primer relato escrito europeo de un huracán. [57] En 1686, Edmund Halley presentó un estudio sistemático de los vientos alisios y los monzones e identificó el calentamiento solar como la causa de los movimientos atmosféricos. [58] En 1735, George Hadley escribió una explicación ideal de la circulación global a través del estudio de los vientos alisios . [59] En 1743, cuando Benjamin Franklin no pudo ver un eclipse lunar debido a un huracán , decidió que los ciclones se mueven de manera contraria a los vientos en su periferia. [60] La comprensión de la cinemática de cómo exactamente la rotación de la Tierra afecta el flujo de aire fue parcial al principio. Gaspard-Gustave Coriolis publicó un artículo en 1835 sobre el rendimiento energético de las máquinas con partes giratorias, como las ruedas hidráulicas. [61] En 1856, William Ferrel propuso la existencia de una celda de circulación en las latitudes medias, y el aire dentro de ella desviado por la fuerza de Coriolis dando como resultado los vientos predominantes del oeste. [62] A finales del siglo XIX, se entendió que el movimiento de las masas de aire a lo largo de las isobaras era el resultado de la interacción a gran escala de la fuerza del gradiente de presión y la fuerza de desviación. En 1912, esta fuerza de desviación se denominó efecto Coriolis. [63] Justo después de la Primera Guerra Mundial, un grupo de meteorólogos en Noruega dirigido por Vilhelm Bjerknes desarrolló el modelo ciclónico noruego que explica la generación, intensificación y descomposición final (el ciclo de vida) de los ciclones de latitudes medias , e introdujo la idea de frentes , es decir, límites claramente definidos entre masas de aire . [64] El grupo incluía a Carl-Gustaf Rossby (quien fue el primero en explicar el flujo atmosférico a gran escala en términos de dinámica de fluidos ), Tor Bergeron (quien primero determinó cómo se forma la lluvia) y Jacob Bjerknes .
A finales del siglo XVI y la primera mitad del siglo XVII se inventaron una serie de instrumentos meteorológicos: el termómetro , el barómetro , el hidrómetro , así como los anemómetros y pluviómetros. En la década de 1650, los filósofos naturales comenzaron a utilizar estos instrumentos para registrar sistemáticamente las observaciones meteorológicas. Las academias científicas establecieron diarios meteorológicos y organizaron redes de observación. [65] En 1654, Fernando II de Médici estableció la primera red de observación meteorológica , que consistía en estaciones meteorológicas en Florencia , Cutigliano , Vallombrosa , Bolonia , Parma , Milán , Innsbruck , Osnabrück , París y Varsovia . Los datos recopilados se enviaban a Florencia a intervalos de tiempo regulares. [66] En la década de 1660, Robert Hooke , de la Royal Society de Londres, patrocinó redes de observadores meteorológicos. El tratado de Hipócrates Aires, aguas y lugares había vinculado el clima con la enfermedad. Así, los primeros meteorólogos intentaron correlacionar los patrones climáticos con los brotes epidémicos y el clima con la salud pública. [65]
Durante la época de la Ilustración, la meteorología intentó racionalizar los conocimientos tradicionales sobre el tiempo, incluida la meteorología astrológica. Pero también hubo intentos de establecer una comprensión teórica de los fenómenos meteorológicos. Edmond Halley y George Hadley intentaron explicar los vientos alisios . Razonaron que la masa ascendente de aire calentado del ecuador es reemplazada por una entrada de aire más frío desde altas latitudes. Un flujo de aire cálido a gran altitud desde el ecuador hasta los polos estableció a su vez una imagen temprana de la circulación. La frustración por la falta de disciplina entre los observadores meteorológicos y la mala calidad de los instrumentos llevó a los primeros estados nacionales modernos a organizar grandes redes de observación. Así, a finales del siglo XVIII, los meteorólogos tenían acceso a grandes cantidades de datos meteorológicos fiables. [65] En 1832, el barón Schilling creó un telégrafo electromagnético . [67] La llegada del telégrafo eléctrico en 1837 proporcionó, por primera vez, un método práctico para recopilar rápidamente observaciones meteorológicas de superficie de un área amplia. [68]
Estos datos podrían usarse para producir mapas del estado de la atmósfera para una región cercana a la superficie de la Tierra y para estudiar cómo estos estados evolucionaron a través del tiempo. Hacer pronósticos meteorológicos frecuentes basados en estos datos requería una red confiable de observaciones, pero no fue hasta 1849 que el Instituto Smithsoniano comenzó a establecer una red de observación en los Estados Unidos bajo el liderazgo de Joseph Henry . [69] Redes de observación similares se establecieron en Europa en esta época. El reverendo William Clement Ley fue clave en la comprensión de las nubes cirros y los primeros conocimientos de las corrientes en chorro . [70] Charles Kenneth Mackinnon Douglas, conocido como 'CKM' Douglas leyó los documentos de Ley después de su muerte y continuó el estudio temprano de los sistemas meteorológicos. [71] Los investigadores del siglo XIX en meteorología provenían de antecedentes militares o médicos, en lugar de estar capacitados como científicos dedicados. [72] En 1854, el gobierno del Reino Unido nombró a Robert FitzRoy para el nuevo cargo de Estadístico Meteorológico de la Junta de Comercio con la tarea de recopilar observaciones meteorológicas en el mar. La oficina de FitzRoy se convirtió en la Oficina Meteorológica del Reino Unido en 1854, el segundo servicio meteorológico nacional más antiguo del mundo (la Institución Central de Meteorología y Geodinámica (ZAMG) en Austria se fundó en 1851 y es el servicio meteorológico más antiguo del mundo). Los primeros pronósticos meteorológicos diarios realizados por la Oficina de FitzRoy se publicaron en el periódico The Times en 1860. Al año siguiente se introdujo un sistema de izar conos de advertencia de tormenta en los principales puertos cuando se esperaba un vendaval.
FitzRoy acuñó el término "previsión meteorológica" y trató de separar los enfoques científicos de los proféticos. [73]
Durante los siguientes 50 años, muchos países establecieron servicios meteorológicos nacionales. El Departamento Meteorológico de la India (1875) se estableció para seguir los ciclones tropicales y los monzones . [74] La Oficina Meteorológica Central Finlandesa (1881) se formó a partir de parte del Observatorio Magnético de la Universidad de Helsinki . [75] El Observatorio Meteorológico de Tokio de Japón, precursor de la Agencia Meteorológica de Japón , comenzó a construir mapas meteorológicos de superficie en 1883. [76] La Oficina Meteorológica de los Estados Unidos (1890) se estableció bajo el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos . La Oficina Meteorológica de Australia (1906) se estableció mediante una Ley de Meteorología para unificar los servicios meteorológicos estatales existentes. [77] [78]
En 1904, el científico noruego Vilhelm Bjerknes argumentó por primera vez en su artículo La predicción del tiempo como un problema en mecánica y física que debería ser posible predecir el tiempo a partir de cálculos basados en leyes naturales . [79] [80]
No fue hasta finales del siglo XX que los avances en la comprensión de la física atmosférica condujeron a la fundación de la predicción numérica moderna del tiempo . En 1922, Lewis Fry Richardson publicó "Weather Prediction By Numerical Process" [81], después de encontrar notas y derivaciones en las que trabajó como conductor de ambulancia en la Primera Guerra Mundial. Describió cómo se podían descuidar los términos pequeños en las ecuaciones de dinámica de fluidos pronósticas que gobiernan el flujo atmosférico, y un esquema de cálculo numérico que se podía idear para permitir predicciones. Richardson imaginó un gran auditorio de miles de personas realizando los cálculos. Sin embargo, la gran cantidad de cálculos necesarios era demasiado grande para completarse sin computadoras electrónicas, y el tamaño de la cuadrícula y los pasos de tiempo utilizados en los cálculos llevaron a resultados poco realistas. Aunque el análisis numérico descubrió más tarde que esto se debía a la inestabilidad numérica .
A partir de la década de 1950, los pronósticos numéricos con computadoras se volvieron factibles. [82] Las primeras predicciones meteorológicas derivadas de esta manera usaban modelos barotrópicos (de un solo nivel vertical) y podían predecir con éxito el movimiento a gran escala de las ondas de Rossby en latitudes medias , es decir, el patrón de mínimos y máximos atmosféricos . [83] En 1959, la Oficina Meteorológica del Reino Unido recibió su primer ordenador, un Ferranti Mercury . [84]
En la década de 1960, Edward Lorenz observó por primera vez y describió matemáticamente la naturaleza caótica de la atmósfera , fundando el campo de la teoría del caos . [85] Estos avances han llevado al uso actual de la predicción por conjuntos en la mayoría de los principales centros de predicción, para tener en cuenta la incertidumbre que surge de la naturaleza caótica de la atmósfera. [86] Se han desarrollado modelos matemáticos utilizados para predecir el clima a largo plazo de la Tierra ( modelos climáticos ), que tienen una resolución hoy en día que es tan burda como los modelos de predicción meteorológica más antiguos. Estos modelos climáticos se utilizan para investigar los cambios climáticos a largo plazo , como los efectos que podrían causar las emisiones humanas de gases de efecto invernadero .
Los meteorólogos son científicos que estudian y trabajan en el campo de la meteorología. [87] La Sociedad Meteorológica Estadounidense publica y actualiza continuamente un glosario electrónico de meteorología autorizado . [88] Los meteorólogos trabajan en agencias gubernamentales , servicios privados de consultoría e investigación , empresas industriales, servicios públicos, estaciones de radio y televisión y en educación . En los Estados Unidos, los meteorólogos ocuparon alrededor de 10 000 puestos de trabajo en 2018. [89]
Aunque los pronósticos y avisos meteorológicos son los productos más conocidos de los meteorólogos para el público, los presentadores del tiempo en radio y televisión no son necesariamente meteorólogos profesionales. En la mayoría de los casos son reporteros con poca formación meteorológica formal, que utilizan títulos no regulados como especialista en meteorología o meteorólogo . La Sociedad Meteorológica Estadounidense y la Asociación Meteorológica Nacional emiten "Sellos de Aprobación" a los presentadores del tiempo que cumplen ciertos requisitos, pero esto no es obligatorio para ser contratados por los medios.
Cada ciencia tiene sus propios equipos de laboratorio. En la atmósfera, hay muchas cosas o cualidades de la atmósfera que se pueden medir. La lluvia, que se puede observar o ver en cualquier lugar y en cualquier momento, fue una de las primeras cualidades atmosféricas medidas históricamente. Además, otras dos cualidades medidas con precisión son el viento y la humedad. Ninguna de estas se puede ver, pero sí se puede sentir. Los dispositivos para medir estas tres surgieron a mediados del siglo XV y fueron respectivamente el pluviómetro , el anemómetro y el higrómetro. Antes del siglo XV se habían hecho muchos intentos de construir equipos adecuados para medir las muchas variables atmosféricas. Muchos tenían algún defecto o simplemente no eran confiables. Incluso Aristóteles señaló esto en algunos de sus trabajos como la dificultad para medir el aire.
Los conjuntos de mediciones de superficie son datos importantes para los meteorólogos. Ofrecen una instantánea de una variedad de condiciones meteorológicas en una única ubicación y suelen estar en una estación meteorológica , un barco o una boya meteorológica . Las mediciones tomadas en una estación meteorológica pueden incluir cualquier número de observables atmosféricos. Por lo general, la temperatura, la presión , las mediciones del viento y la humedad son las variables que se miden con un termómetro, un barómetro, un anemómetro y un higrómetro, respectivamente. [90] Las estaciones profesionales también pueden incluir sensores de calidad del aire ( monóxido de carbono , dióxido de carbono , metano , ozono , polvo y humo ), ceilómetro (techo de nubes), sensor de precipitación, sensor de inundación , sensor de rayos , micrófono ( explosiones , explosiones sónicas , truenos ), piranómetro / pirheliómetro / espectrorradiómetro ( fotodiodos IR/Vis/UV ), pluviómetro / neverómetro , contador de centelleo ( radiación de fondo , lluvia radiactiva , radón ), sismómetro ( terremotos y temblores), transmisómetro (visibilidad) y un reloj GPS para el registro de datos . Los datos de la atmósfera superior son de importancia crucial para la previsión meteorológica. La técnica más utilizada son los lanzamientos de radiosondas . Para complementar las radiosondas, la Organización Meteorológica Mundial organiza una red de recopilación de datos desde aeronaves .
La teledetección , tal como se utiliza en meteorología, es el concepto de recopilar datos de eventos meteorológicos remotos y, posteriormente, producir información meteorológica. Los tipos comunes de teledetección son el radar , el lidar y los satélites (o fotogrametría ). Cada uno recopila datos sobre la atmósfera desde una ubicación remota y, por lo general, almacena los datos donde se encuentra el instrumento. El radar y el lidar no son pasivos porque ambos usan radiación electromagnética para iluminar una porción específica de la atmósfera. [91] Los satélites meteorológicos, junto con los satélites de observación de la Tierra de propósito más general que giran alrededor de la Tierra a varias altitudes, se han convertido en una herramienta indispensable para estudiar una amplia gama de fenómenos, desde incendios forestales hasta El Niño .
El estudio de la atmósfera se puede dividir en áreas distintas que dependen tanto de la escala temporal como de la espacial. En un extremo de esta escala se encuentra la climatología. En las escalas temporales de horas a días, la meteorología se divide en micro, meso y sinóptica. Respectivamente, el tamaño geoespacial de cada una de estas tres escalas se relaciona directamente con la escala temporal correspondiente.
Se utilizan otras subclasificaciones para describir los efectos únicos, locales o amplios dentro de esas subclases.
La meteorología a microescala es el estudio de los fenómenos atmosféricos a una escala de aproximadamente 1 kilómetro (0,62 millas) o menos. Las tormentas eléctricas individuales, las nubes y las turbulencias locales causadas por edificios y otros obstáculos (como colinas individuales) se modelan en esta escala. [93]
La meteorología de mesoescala es el estudio de los fenómenos atmosféricos que tienen escalas horizontales que van desde 1 km hasta 1000 km y una escala vertical que comienza en la superficie de la Tierra e incluye la capa límite atmosférica, la troposfera, la tropopausa y la sección inferior de la estratosfera . Las escalas de tiempo de mesoescala duran desde menos de un día hasta varias semanas. Los eventos típicamente de interés son tormentas eléctricas , líneas de turbonadas , frentes , bandas de precipitación en ciclones tropicales y extratropicales y sistemas meteorológicos generados topográficamente como ondas de montaña y brisas marinas y terrestres . [94]
La meteorología a escala sinóptica predice cambios atmosféricos en escalas de hasta 1000 km y 10 5 s (28 días), en el tiempo y el espacio. En la escala sinóptica, la aceleración de Coriolis que actúa sobre las masas de aire en movimiento (fuera de los trópicos) desempeña un papel dominante en las predicciones. Los fenómenos que normalmente se describen mediante la meteorología sinóptica incluyen eventos como ciclones extratropicales, valles y dorsales baroclínicas, zonas frontales y, en cierta medida, corrientes en chorro . Todos ellos suelen darse en mapas meteorológicos para un tiempo específico. La escala horizontal mínima de los fenómenos sinópticos está limitada al espaciamiento entre las estaciones de observación de superficie . [95]
La meteorología a escala global es el estudio de los patrones climáticos relacionados con el transporte de calor desde los trópicos hasta los polos . Las oscilaciones a escala muy grande son importantes en esta escala. Estas oscilaciones tienen períodos de tiempo típicamente del orden de meses, como la oscilación Madden-Julian , o años, como El Niño-Oscilación del Sur y la oscilación decenal del Pacífico . La meteorología a escala global se extiende al ámbito de la climatología. La definición tradicional de clima se extiende a escalas de tiempo más grandes y con la comprensión de las oscilaciones globales de escala de tiempo más larga, su efecto sobre el clima y las perturbaciones meteorológicas se puede incluir en las predicciones de escalas de tiempo sinópticas y de mesoescala.
La predicción numérica del tiempo es un objetivo principal para comprender la interacción aire-mar, la meteorología tropical, la predictibilidad atmosférica y los procesos troposféricos/estratosfera. [96] El Laboratorio de Investigación Naval en Monterey, California, desarrolló un modelo atmosférico global llamado Sistema Operativo de Predicción Atmosférica Global de la Armada (NOGAPS). NOGAPS se ejecuta operativamente en el Centro de Meteorología Numérica y Oceanografía de la Flota para el Ejército de los Estados Unidos. Muchos otros modelos atmosféricos globales son ejecutados por agencias meteorológicas nacionales.
La meteorología de la capa límite es el estudio de los procesos que se producen en la capa de aire directamente sobre la superficie de la Tierra, conocida como capa límite atmosférica (ABL). Los efectos de la superficie (calentamiento, enfriamiento y fricción ) provocan una mezcla turbulenta dentro de la capa de aire. Los movimientos turbulentos provocan un movimiento significativo de calor , materia o momento en escalas de tiempo inferiores a un día. [97] La meteorología de la capa límite incluye el estudio de todo tipo de límites entre la superficie y la atmósfera, incluidos los océanos, los lagos, los terrenos urbanos y los terrenos no urbanos para el estudio de la meteorología.
La meteorología dinámica se centra generalmente en la dinámica de fluidos de la atmósfera. La idea de parcela de aire se utiliza para definir el elemento más pequeño de la atmósfera, ignorando la naturaleza química y molecular discreta de la atmósfera. Una parcela de aire se define como una región infinitesimal en el continuo de fluidos de la atmósfera. Las leyes fundamentales de la dinámica de fluidos, la termodinámica y el movimiento se utilizan para estudiar la atmósfera. Las magnitudes físicas que caracterizan el estado de la atmósfera son la temperatura, la densidad, la presión, etc. Estas variables tienen valores únicos en el continuo. [92]
La previsión 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. [98] [99] Las previsiones meteorológicas 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. [100]
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, [101] [102] ahora se utilizan para determinar las condiciones futuras. Aún se requiere la intervención humana para elegir el mejor modelo de pronóstico posible en el que basar el pronóstico, lo que implica 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 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 significan que los pronósticos se vuelven menos precisos a medida que aumenta la diferencia entre el tiempo actual y el tiempo para el que se está haciendo el pronóstico (el rango del pronóstico). El uso de conjuntos y el consenso de modelos ayudan a reducir el error y elegir el resultado más probable. [103] [104] [105]
Los pronósticos meteorológicos tienen una variedad de usos finales. Las advertencias meteorológicas son pronósticos importantes porque se utilizan para proteger la vida y la propiedad. [106] Los pronósticos basados en la temperatura y la precipitación son importantes para la agricultura, [107] [108] [109] [110] 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. [111] [112] [113] Diariamente, las personas usan los pronósticos meteorológicos para determinar qué ponerse. Dado que las actividades al aire libre se ven severamente restringidas por fuertes lluvias, nieve y sensación térmica , los pronósticos se pueden utilizar para planificar actividades en torno a estos eventos y para planificar con anticipación y sobrevivir a ellos.
La meteorología aeronáutica se ocupa del impacto del clima en la gestión del tráfico aéreo . [114] Es importante que las tripulaciones aéreas comprendan las implicaciones del clima en su plan de vuelo, así como en sus aeronaves, como se señala en el Manual de Información Aeronáutica : [115]
Los efectos del hielo sobre los aviones son acumulativos: se reduce el empuje, aumenta la resistencia, disminuye la sustentación y aumenta el peso. Los resultados son un aumento de la velocidad de pérdida y un deterioro del rendimiento del avión. En casos extremos, se pueden formar de 5 a 7,5 cm de hielo en el borde de ataque del perfil aerodinámico en menos de 5 minutos. Basta con 1,25 cm de hielo para reducir la potencia de sustentación de algunos aviones en un 50 por ciento y aumentar la resistencia por fricción en un porcentaje igual. [116]
Los meteorólogos, edafólogos , hidrólogos agrícolas y agrónomos son personas interesadas en estudiar los efectos del tiempo y el clima en la distribución de las plantas, el rendimiento de los cultivos , la eficiencia en el uso del agua, la fenología del desarrollo de las plantas y los animales y el balance energético de los ecosistemas gestionados y naturales. Por el contrario, están interesados en el papel de la vegetación en el clima y el tiempo. [117]
La hidrometeorología es la rama de la meteorología que estudia el ciclo hidrológico , el balance hídrico y las estadísticas de precipitaciones de las tormentas . [118] Un hidrometeorólogo prepara y emite pronósticos de precipitaciones acumuladas (cuantitativas), lluvias intensas, nevadas intensas y destaca áreas con potencial de inundaciones repentinas. Por lo general, el rango de conocimientos que se requiere se superpone con la climatología, la meteorología mesoescalar y sinóptica y otras geociencias. [119]
La naturaleza multidisciplinaria de la rama puede generar desafíos técnicos, ya que las herramientas y soluciones de cada una de las disciplinas individuales involucradas pueden comportarse de manera ligeramente diferente, estar optimizadas para diferentes plataformas de hardware y software y utilizar diferentes formatos de datos. Existen algunas iniciativas, como el proyecto DRIHM [120] , que están tratando de abordar esta cuestión. [121]
La meteorología nuclear investiga la distribución de aerosoles y gases radiactivos en la atmósfera. [122]
La meteorología marítima se ocupa de las previsiones de la situación del aire y de las olas para los buques que operan en el mar. Organizaciones como el Centro de Predicciones Oceánicas , la oficina de previsiones del Servicio Meteorológico Nacional de Honolulu, la Oficina Meteorológica del Reino Unido , KNMI y JMA preparan previsiones de alta mar para los océanos del mundo.
La meteorología militar es la investigación y aplicación de la meteorología con fines militares . En los Estados Unidos, el Comandante del Comando de Meteorología Naval y Oceanografía de la Armada de los Estados Unidos supervisa los esfuerzos meteorológicos de la Armada y el Cuerpo de Marines , mientras que la Agencia Meteorológica de la Fuerza Aérea de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos es responsable de la Fuerza Aérea y el Ejército .
La meteorología ambiental analiza principalmente la dispersión de la contaminación industrial física y químicamente basándose en parámetros meteorológicos como la temperatura, la humedad, el viento y diversas condiciones climáticas.
Las aplicaciones de la meteorología en las energías renovables incluyen la investigación básica, la "exploración" y el mapeo potencial de la energía eólica y la radiación solar.
Traducido por EW Webster
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Fuerza centrífuga de Coriolis 0-1920.
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