Anomalías térmicas: períodos codesviados
Anomalías térmicas: períodos codesviados (arriba)
2-Extensión de una ola: teoría del esfuerzo
Si aplicamos la teoría de las desviaciones a la variable Temperatura, podemos definir algunos conceptos útiles para describir situaciones meteorológicas.
De entrada, todas las temperaturas son anómalas, es decir, están desviadas respecto a la normal, ya que la probabilidad de que una temperatura coincida exactamente (en sus infinitos decimales) con el valor normal es cero. Sin embargo, sabemos que la probabilidad de que esté dentro del intervalo de confianza es del 68%.
Anómalo simplemente significa "distinto de la normal", por tanto es un concepto superfluo en comparación a su uso cotidiano. En la vida real nos quejamos de algo diciendo que "no es normal" y resulta que matemáticamente nada es normal. Por tanto, si queremos hacer "física cotidiana" debemos de centrarnos en conceptos útiles, es decir, para que la gente pueda usarlos cuando se queje de algo.
Lo molesto está ligado a lo inusual, ya que la gente suele estar arraigada a sus costumbres. Por tanto, nos centraremos en lo inusual, es decir, en las codesviaciones. Y aunque aplicaremos la teoría de las desviaciones a la temperatura, debemos tener claro que prácticamente todos los pasos son equivalentes y aplicables para cualquier variable.
En meteorología distinguimos diferentes escalas de codesviación, pero nos centraremos en las que se refiere al orden del dia, tres días y la quincena.
Definimos situación codesviada (fría o cálida) como un período de tiempo inferior a 3 días en el que las anomalías térmicas superan el valor de dispersión para un punto concreto. La intensidad de una situación codesviada será el orden de codesviacion.
Por tanto, una entrada fría/cálida es una situación codesviada que afecta una región amplia de un territorio determinado.
Una situación codesviada representa un fenómeno muy puntual que es propio de la variabilidad estadística. Lo puntual designa aleatoriedad (recordemos que usamos la estadística-probabilidad aunque se trata de un sistema caótico y por tanto determinista)
Sin embargo, la situación deja de ser anecdótica cuando afecta a una zona amplia (entrada fría/cálida), y todavía es más importante si tampoco es un hecho puntual en el tiempo.
Suponiendo que el ruido (puramente caótico) de la temperatura es del orden de 1 o 2 días, una entrada fría/cálida adquirirá importancia si su duración es igual o superior a 3 días, y por tanto lo llamaremos ola fría/cálida.
Entonces, una ola fría/cálida es un período codesviado que dura 3 días o más y que afecta a una región amplia.
La intensidad de una ola fría/cálida será pues el orden de codesviación medio de los días inscritos. Sin embargo, existen una serie de subvariables y variables ligadas a la temperatura: temperatura máxima, mínima, media; humedad, viento, duración, extensión, ... Es decir, hay una serie de condiciones que están ligados directamente al fenómeno de ola fría/cálida. A concinuación nos centraremos en al extensión.
2-Extensión de una ola: teoría del esfuerzo.
Desgraciadamente no tenemos los registros históricos de todos los puntos del planeta, por lo que no podemos realizar un estudio exhaustivo en cuanto a se refiere a análisis térmico en una zona amplia. Sin embargo, disponemos de información a nivel 850hPa (a unos 1500 m de altura) que a menudo tienen un reflejo fiel en superficie, en cuanto a repercusión en las temperaturas máximas, medias y mínimas, dependiendo de las condiciones en superficie (cercanía al mar, grado de continentalidad, ventilación, albedo, etc.).
Prácticamente siempre, una isoterma a 850hPa, con la misma dirección e intensidad del viento en superficie significa una misma temperatura (aproximada) en superficie, por tanto, podemos asociar una función de correspondencia entre los registros en superficie y los de 850hPa.
Es fácil deducir que si una isoterma (que pasa por distintos puntos) tiene distintos efectos en cada punto, esto significa que a partir del valor de dispersión del nivel de 850hPa obtendríamos el valor de dispersión (aproximado) de cada punto, mediante la función de correspondencia. Esto nos ahorra estudiar cada punto, estudiando únicamente el nivel de 850hPa. Sin embargo, los mapas de 850hPa correspondiente a las décadas anteriores tienen el inconveniente que han sido reconstruido a partir de datos de superficie, pro tanto no tienen una fiabilidad excelente, pero la consideraremos suficiente.
En el siguiente paso, aunque no es lo mismo una entrada que una ola, en cuanto a extensión diremos que son equivalentes (pero en cuanto a duración no). Por tanto, en lo que a la extensión se refiere, nos referiremos a una u a otra indistintamente.
Fijémonos ahora que "cada vez que se produce una ola cálida en un territorio, se produce una entrada fría en los territorios adyacentes". Esto se debe a dos factores fundamentalmente: Conservación de la energía total de un sistema termodinámico (y por tanto conservación aproximada de la función [masa de aire]·[temperatura] ) y transmisión de calor por convección del aire (ya que es un gas).
Por tanto a menudo se forman células de convección entre distintas latitudes: cuando una masa de aire invade una latitud impropia, las masa de aire que contenía el volumen (que ahora está invadido) tienden a ocupar el volumen que la masa invasora ha dejado libre; por tanto, por cada lengua de aire (invasión) que baje, suben dos en sus costados, y se produce una cadena de células de convección. Las causas de dicha convección las explica la termodinámica, basándose en las propiedades de densidad en función de la temperatura, pero para el objetivo de este estudio es superfluo.
El sistema climático es toda la Tierra, pero nosotros nos centraremos en una región menos, del orden SW de Europa y Norte del Atlántico. Por tanto, en vez de fijarnos en toda la cadena de células de convección, estudiaremos aquella que sea más intensa (hablando de temperaturas) y afecte una región bien definida.
Supongamos pues que hay únicamente una invasión principal y una o dos secundarias irregulares que contrarrestan a la primera. La invasión principal dará el carácter propio de la ola (fría o cálida), y las dos secundarias serán simplemente "entradas" o "situaciones" (cálidas o frías), puesto que la intensidad se repartirá entre dos, y suponemos de menor duración, puesto a que la configuración es mucho más irregular (están menos estructuradas al repartirse la intensidad entre dos).
Si nos fijamos en la invasión principal (o lengua), podemos suponer que ha habido un trabajo que empuja la masa del aire hacia latitudes impropias. El trabajo, en general, es directamente proporcional a la masa y al desplazamiento. Este hecho, demostrable en termodinámica, lo supondremos principio de nuestra teoría de esfuerzos.
Definimos "esfuerzo latitudinal" de
una conversión térmica como el trabajo realizado para la inversión
latitudinal de las masas de aire de distinta temperatura.
Por tanto, podemos medir indirectamente el "esfuerzo latitudinal" es a
partir de los grados de latitud que abarca una inversión térmica
(amplitud de conversión: latitud máxima - latitud mínima de una
determinada isoterma).
Por otra parte, podemos definir densidad de inversión como el gradiente térmico máximo relativo que existe entre las masas que entran en contacto. Lo mediremos con "grados de temperatura por grados de longitud o latitud". Puesto que los grados de longitud no son equidistantes indiferentemente de la latitud, deberemos especificar en que latitud se mide, no así si medimos en "grados latitud"
Pongamos algunos ejemplos de todo esto:
Ola Garganta. Lengua principal y dos invasiones secundarias
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Nivel de 850 hPa. Observamos la invasión principal (Mediterraneo) y las dos secundarias (Este de Europa y Este de Islandia) |
En este mapa se observa una invasión principal sobre la península y dos secundarias sobre el este de Europa y el Este de Islandia. Podemos observar que el esfuerzo que realiza la isoterma de 0ºC es de unos 38º de latitud. También observamos que el volumen que representa la inyección principal es el mismo que la suma de las invasiones secundarias.
Masa invasora con iso 0ºC = Masa1 oponente con iso 0ºC + Masa1 oponente con iso 0ºC
38º lat · 12º long (error +1) = 25º lat · 8º long (error + 1) + 22º lat · 10º long (error + 1)
456 (error +38) = 420 (error +47)
Densidad de inversión = 15ºC/10ºlat
Ola Beso. Dos lenguas principales enlazadas.
En este caso observamos dos invasiones similares: tanto la lengua de 15ºC como la de 2ºC están en latitudes impropias, por tanto, podemos hablar de una ola de calor y una de frío simultáneas, afectando territorios adyacentes. Sin embargo, la lengua cálida es mucho más importante que la fría, ya que representa un mayor esfuerzo latitudinal y una mayor densidad de inversión.
El esfuerzo de la isoterma de 15ºC es de unos 28º de latitud, la isoterma de 2ºC hace un esfuerzo de unos 18º de latitud . Estos esfuerzos latitudinales son diferentes, sin embargo el volumen que abarca la invasión de la iso 2ºC es igual al volumen de la masa invasora de con iso 15ºC:
Masa envuelta de iso 15ºC = Masa envuelta de iso 2ºC
28º lat · 10º (error +1) = 18º lat · 15 long (error + 1)
280 (error +38) = 270 (error +25)
Densidad de inversión cálida = 23ºC/10ºlat
Densidad de inversión fría = 15ºC/10ºlong (en lat=50º)
Ola Solitaria. Una lengua principal y una invasión compensadora irregular.
En este mapa observamos como que la invasión compensadora a la lengua cálida es irregular y se difumina a lo largo de una gran extensión (casi todo el norte del atlántico). La lengua cálida, sin embargo, es relativamente intensa y se extiende escasamente por el Mediterráneo occidental y cercanías.
El esfuerzo (de la iso 15ºC) es de unos 22ºlat y la densidad de inversión es de 16ºC/5ºlong (lat=40º)