CLASE  DE  METEOROLOGÍA:

MAPAS

Realizada por Arcimis, colaborador del foro de meteored                                                                 Libro de meteorología

(Para leerlo el original, pinchar aquí)

Arcimis
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1ª) Tipos de mapas meteorológicos
2ª) Mapas de superficie
3ª) Utilidad del mapa de superficie
4ª) Mapas de altura
5ª) Utilidad de los mapas de altura
6ª) Otros tipos de mapas

Todos los ejemplos los vamos a tomar de la sección llamada ”modelos” en la página de Meteored y eso de llamarle “modelos” a esa sección es un poco discutible, como veremos el próximo día.

Durante este curso propongo resistirse con firmeza a la tentación (que será intensa para alguno de los foreros más sabios) de recurrir a la física matemática. Como dijo un famoso meteorólogo noruego, no hay ningún concepto físico conocido que no pueda ser expresado razonablemente con el lenguaje corriente.

Y sin más preámbulos ahí va la introducción del Capítulo 1º, Parte I:
 

1- TIPOS  DE  MAPAS  METEORROLOGICOS (Volver arriba↑)

       A  QUE ES UN MAPA METEOROLOGICO.

       B  MAPAS DE ANALISIS Y MAPAS PREVISTOS.

A  QUE ES UN MAPA METEOROLOGICO. (Volver a punto 1↑)

Un mapa meteorológico trata de representar sobre una zona de la Tierra los valores de una variable atmosférica, en superficie o en niveles superiores. A veces los mapas describen también la situación de algunos fenómenos atmosféricos de forma tridimensional. Los métodos de representación pueden ser diferentes. 

Tomemos por ejemplo el primer “modelo” que cada día podemos encontrar en la sección de modelos de Meteored. Se trata del ECMWF. “Pinchamos” sobre estas siglas y elegimos la primera opción “500hPa,SLP  (WZ) 72h” Iremos tratando más despacio el significado de esas abreviaturas y otras similares pero por ahora adelantemos que:

500hPa significa que el mapa nos ofrecerá alguna variable al nivel de 500 hectoPascales (también veremos otro día a que altitud, o mejor dicho, altitudes, está ese nivel)

SLP significa Presión a Nivel del Mar (Sea Level Pressure; vamos a encontrarnos a menudo con un poco de inglés y a veces de alemán). La Presión a nivel del mar, no obstante ese nombre, puede medirse en cualquier punto de la superficie terrestre; volveremos sobre ello.

72h significa que el mapa que vamos a ver es una predicción para 72 horas después del momento en que se observaron los valores reales con los que se ha preparado el mapa.

(WZ) son la siglas de Wetter Zentrale, un conocido portal alemán de meteorología. Aunque el mapa corresponde all modelo del ECMWF, la representación gráfica la ha realizado Wetter Zentrale

Al pinchar sobre 72h el día 3 de septiembre (que es cuando estoy escribiendo esto) obtuve el siguiente mapa:



En todo mapa meteorológico conviene, antes de nada, examinar lo que dice su “etiqueta”. En este caso tenemos:

Init : Tue,02SEP2003 12Z – El mapa se preparó con valores iniciales del martes 2 de septiembre a las 12Z (Z indica tiempo medio de Greenwich, dos horas menos que la oficial en España)

Valid : Fri05SEP2003 12 Z – El mapa es válido para el viernes 5 de septiembre a las 12Z, es decir 72 horas después de los datos iniciales, como ya sabíamos por Meteored

500 hPa Geopot (gpdm) – La primera variable representada es el Geopotencial al nivel de  500 hPa. Meteored nos había dicho que había una variable representada a ese nivel pero no que se trataba del Geopotencial. En cuanto a (gpdm) son la unidades empleadas: decámetros geopotenciales. Ya veremos otro día lo que significa esto; es sencillo.

Und Bodenruck (hPa) – “y presión en superficie” (presión al nivel del mar). Tranquilos que en cuanto uno se familiariza un poco con los mapas no es necesario saber alemán. (hPa) indica que las unidades de presión empleadas son hectopascales (lo mismo que “milibares”).

Tenemos pues un mapa con dos variables representadas al tiempo, el geopotencial a 500 hPa y la presión a nivel del mar. Una de ellas está representada por las líneas blancas y la otra por colores. ¿cómo sabemos cual es cual? No nos lo indican. Aquí no hay más remedio que apoyarse en algún conocimiento básico: los valores de la presión a nivel del mar en la Tierra se sitúan alrededor de 1013 hPa (40 arriba o abajo como máximo), así pues las líneas blancas representan sin duda la presión a nivel del mar porque están etiquetadas con valores en torno a 1013.

Una representación como esa, por “isolíneas”, es la más común en los mapas meteorológicos. Las isolíneas unen puntos donde la variable tiene exactamente el valor que dice la etiqueta de la isolínea. En este caso dicha variable es la presión a nivel del mar y las isolíneas se llaman isobaras. La isobara que pasa por Portugal está etiquetada con el valor 1020, así pues en todos los puntos por donde pasa, la presión a nivel del mar será de 1020 hectopascales.

También puede verse en este mapa alemán que las isobaras están etiquetadas de cinco en cinco hectopascales. La presión a nivel del mar es una variable que cambia continuamente al desplazarnos de un punto a otro de la tierra, es como se dice en física una magnitud “escalar”. Por eso la presión de un punto por donde no pasa ninguna isobara puede deducirse de las isobaras más cercanas. ¿Qué presión existirá en Madrid?  Madrid está más o menos a medio camino entre la isobara que pasa por Portugal (1020) y la que pasa por Baleares (1015), por lo que podemos deducir que la presión a nivel del mar en Madrid estará en torno a 1017,5 hPa.

Sobre el Atlántico, al oeste de la Península Ibérica, aparece un sistema de isobaras cerradas. La más céntrica tiene el valor 1030 y la que la rodea por fuera 1025. Está claro que la presión crece hacia el centro de esa zona cerrada. Se trata de un anticiclón o área cerrada de altas presiones. En el centro de la zona cerrada por la isobara de 1030 la presión será máxima, pero como mucho alcanzará el valor de 1034 hPa, porque si llegase a 1035 se habría trazado otra isobara interior.

En cambio, al sur de Groenlandia aparece una zona cerrada de bajas presiones (una depresión o borrasca) porque cuanto más nos acercamos al interior menor valor tienen las isobaras. El centro está rodeado por el pequeño círculo de la isobara de  985 hPa. En su interior la presión será todavía algo más baja.

Ahora pasemos a la otra variable, el Geopotencial de 500 hPa. Su representación se efectúa mediante zonas coloreadas. En realidad se trata del mismo método anterior de las isolíneas, pero a las zonas entre dos isolíneas dadas se les adjudica un color particular según la escala de la derecha. En la Península Ibérica, por ejemplo, hay tres franjas de colores. A la franja central en la que queda situada Madrid, si miramos cuidadosamente la escala, le corresponde un gepotencial entre 580 y 584 decámetros geopotenciales (gpdm). Eso significa que el límite más al norte de esa zona coloreada será la isolínea de 580 gpdm y su límite al sur la isolínea de 584 gpdm.

Si nos fijamos en la parte norte del mapa, el límite entre la zona amarilla y las zonas verdes está resaltado con una línea negra gruesa etiquetada como 552. Se trata de la isolínea de 552 gpdm que se destaca a propósito ya que 552 gpdm es el valor medio del geopotencial de 500 hPa sobre toda la Tierra.

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B  MAPAS DE ANALISIS Y MAPAS PREVISTOS  (Volver al punto 1↑)

Las observaciones efectuadas con instrumentos en diferentes puntos de la tierra tanto desde el suelo como desde globos sonda, aviones, satélites etc. permiten preparar mapas de los valores reales de las variables observadas en un momento dado (pasando por alto que las medidas nunca son totalmente exactas y pueden llevar asociados errores de observación). Estos mapas meteorológicos se llaman Análisis y ese término vendrá normalmente indicado en el mapa. Son mapas que describen “lo que hay”, los valores  de presión, temperatura etc. observados (casi siempre a las 00 Z o las 12 Z que son las horas en que por convenios internacionales se realizan mayor número de observaciones simultáneas) Los demás mapas son mapas previstos, predicciones de “lo que habrá”

MODELOS DE PREDICCION

Hasta no hace muchos años los meteorólogos efectuaban los análisis manualmente mediante interpolación de los datos de observación con ayuda de algunas otras nociones. Las predicciones se basaban sobre todo en métodos empíricos y en la experiencia. Su fiabilidad era muy escasa para más de 48 horas.

La introducción de los modelos numéricos ejecutados por ordenador proporcionó para la predicción del tiempo un avance como el que supuso usar automóviles en lugar de caballos o aún mayor. Un ordenador de alta capacidad analiza las observaciones de manera mucho más rápida y perfecta que la mente humana e integrando muchos más datos (de satélites, aviones de línea, etc) mediante procesos que se denominan de “asimilación de datos”. En las zonas donde existan “vacíos de datos” o muy pocas observaciones, se utilizan los valores previstos por el modelo anteriormente. Las técnicas actuales permiten rellenar estos huecos y obtener una malla o rejilla continua en la horizontal y vertical de puntos con valores.

Pero las variables meteorológicas no son independientes entre si: Están relacionadas por las ecuaciones dinámicas de la atmósfera. Los modelos deben de recalcular los valores de las variables (presión, temperatura, etc..) para evitar inconsistencia, ruido, errores inherentes a la medida, etc y así balancear y “cuadrar” los valores de las variables en los puntos de la malla. Este proceso se le denomina inicialización y el resultado final es el verdadero mapa de análisis o de partida de predicción del modelo. Las variables medidas originalmente han sido transformadas y “retocadas”para permitir que el modelo pueda activarse y evitar problemas que harían inservibles sus resultados. Por eso a veces puede suceder que midamos con nuestros instrumentos la temperatura o la presión y nos encontremos con cierta desilusión que hay diferencias entre lo que hemos observado en nuestra estación y el valor final que el análisis del modelo le da en esa zona..

Cuando el análisis está listo los modelos efectúan en poco tiempo millones de operaciones para calcular la evolución de las variables atmosféricas de acuerdo a ecuaciones de la física atmosférica y diversos métodos matemáticos.

Todo el sistema físico-matemático-informático se suele denominar de forma abreviada “modelo de predicción”, aunque en realidad el modelo propiamente dicho sólo sería la parte más matemática. En este curso no tenemos tiempo para seguir hablando sobre los modelos de predicción y sus diferentes tipos y características, pero si que nos interesa distinguir entre lo que es un modelo, como sistema de predicción, y lo que es un mapa de ese modelo. Los modelos trabajan adjudicando un valor inicial a cada variable en una malla como hemos dicho. Después el modelo calcula el nuevo valor que tendrá la variable al cabo de diferentes períodos (los “alcances” de la predicción). El resultado serán los nuevos valores para cada punto de la malla con mayor o menor densidad de puntos dependiendo de las características del modelo.

Supongamos que un modelo ha calculado los valores de la presión a nivel del mar en la zona de Europa para el alcance H + 24. A partir de esos datos puede trazarse un mapa con isobaras de cinco en cinco milibares, o de cuatro en cuatro, o representar la distribución de la presión mediante colores o con otros procedimientos. El mapa no es el modelo, es una representación gráfica de los resultados del modelo. Por eso en el ejemplo del primer día veíamos un mapa del portal alemán Wetter Zentrale correspondiente al modelo del ECMWF que es un centro meteorológico europeo de predicción a plazo medio que está en Inglaterra. Wetter Zentrale no tiene un modelo suyo pero puede aprovechar los datos del modelo ECMWF para preparar una representación gráfica particular.

EJEMPLOS PRACTICOS

En la primera parte de este capítulo habíamos utilizado como ejemplo el modelo ECMWF de la sección de modelos de Meteored. Alli no se puede encontrar ningún análisis ya que el Centro Europeo de Predicción (ECMWF) no distribuye sus análisis por Internet. Pero vayamos ahora al segundo modelo de la sección, el HIRLAM del INM. Pinchando allí nos encontramos una tabla con muchas opciones (dirección: http://www.meteored.com/principal/hirlam.asp ) Podría haberla copiado debajo de éste párrafo, pero quizá sea más útil (y menos complicado para mi) abrir otra ventana en vuestro ordenador y mirar la tabla al mismo tiempo que este texto. Vamos a  referirnos a ella y a sus mapas durante un rato.

La tabla está dividida en dos partes. La mitad superior corresponde a mapas del modelo HIRLAM con inicialización a las 00 horas según se indica en la línea con fondo azul. Cada columna está encabezada por el “alcance” de la predicción, el tiempo en horas que transcurre desde la hora del análisis hasta la hora de validez del mapa. La primera columna corresponde al alcance temporal 00 H lo que significa que todos los mapas de esa columna son análisis, mapas basados en datos observados. Si pinchamos por ejemplo en la primera opción obtendremos el Análisis de Superficie-Presión a nivel del mar a las 00 horas UTC (la hora UTC es la misma que la hora Z, o sea tiempo medio de Greenwich).

La mitad inferior de la tabla, a partir de la segunda línea en azul, ofrece mapas de las mismas variables y períodos pero con inicialización a las 12 horas. La primera columna (00 H) corresponde igual que antes a los análisis. Si pinchamos en la primera opción de esta parte de la tabla (debajo de la segunda línea azul) obtendremos el Análisis de Presión a nivel del mar, pero esta vez  de las 12 UTC (12 + 00 H = 12). 

Los mapas de todas las demás columnas son mapas previstos.. Si por ejemplo pinchamos en la tercera fila de la tabla y en la columna encabezada por 24 H obtendremos el mapa previsto de temperaturas en superficie 24 horas después del análisis (H + 24 se suele indicar abreviadamente), es decir los valores previstos de temperatura en superficie para las 00 UTC del día siguiente al del análisis.

Dos cosas importantes y bastante lógicas:

1) Un mapa previsto es más fiable cuanto más corto sea su alcance. Las predicciones de los modelos no son perfectas (los motivos se han comentado a menudo, por ejemplo en la RAM y en el foro de Meteored) y su fiabilidad disminuye cuanto más tiempo transcurra desde el análisis inicial.

2) Toda predicción depende del análisis inicial de partida del modelo. Por eso debemos elegir mapas previstos correspondientes al análisis más reciente. El modelo HIRLAM por ejemplo tiene dos “pasadas” diarias principales (primera y segunda parte de la tabla), a las 00 y 12 Z. Supongamos que son las 16 UTC (las seis de la tarde en España) de hoy día 15. Queremos comprobar si ya se han publicado las predicciones correspondientes al análisis de las 12 UTC. Para ello pinchamos en un mapa cualquiera de la mitad inferior de la tabla de Meteored. Si el mapa que obtenemos corresponde al análisis de las 12 del día 14, es que todavía no han salido las predicciones del día 15 (en el HIRLAM-INM se publican unas 4-5 horas después del análisis). Entonces es preferible utilizar la mitad superior de la tabla (Análisis de las 00 UTC del día 15) o esperar hasta que salgan las de las 12 UTC.

CAMPOS BASICOS Y DERIVADOS

La distribución de las variables que un modelo calcula de acuerdo al procedimiento mencionado antes, tales como presión, temperatura o viento suelen llamarse “campos básicos”. A partir de esos resultados pueden calcularse o predecirse otras variables como por ejemplo la precipitación, que se mide de acuerdo al tiempo (lluvia recogida en 3 horas, 12 horas etc.) o la cobertura nubosa que es tridimensional y depende de las nubosidad existentes a diferentes altitudes o también otras variables complicadas como las “advecciones de temperaturas o vorticidad” etc.. Esas variables calculadas a partir de otras constituyen “campos derivados”. Fijaros por ejemplo en la tabla del HIRLAM que cuando pedimos mapas de precipitación no hay análisis (alcance 00), ya que tiene poco sentido medir la lluvia instantánea

En este cursillo creo que lo más oportuno es centrarnos sobre todo en los principales campos básicos, a saber, mapas de superficie y de los diferentes niveles de presión (850, 500 ,  ...hPa) donde se pueden representar el geopotencial o altura del nivel de presión, viento, humedad y temperatura.  A estos campos le llamaremos, a partir de ahora, campos básicos del modelo.


PREDICCION POR CONJUNTOS, ENS, Y SPAGHETTIS

A pesar de que vamos a centrarnos en los mapas meteorológicos más clásicos no está de más mencionar algo sobre mapas producidos mediante un sistema de predicción que está empezando a popularizarse. Una de las razones por la que las predicciones de los modelos no son perfectas, y a partir de 5-6 días de alcance temporal muy poco fiables, se debe a las propias limitaciones del análisis. Es imposible definir con suficiente exactitud el estado actual de la atmósfera mediante observaciones que nunca son perfectas.

Los sistemas de predicción por conjuntos (en inglés sistemas “Ensemble”, abreviado ENS) ejecutan un modelo de predicción repetidamente pero cada vez introduciendo pequeñas variaciones aleatorias en las condiciones iniciales o de partida del modelo. Se obtienen así resultados diferentes para cada una y en base a la menor o mayor dispersión del conjunto tendremos una especie de predicción probabilística y también una cierta medida de la “predecibilidad” de la atmósfera.

Veamos por ejemplo el apartado ENS de la sección de modelos de Meteored (http://www.meteored.com/principal/ENS.asp ) Corresponde al sistema por conjuntos del modelo americano MRF. Si pinchamos en “500 hPa Geopot. Spaghetti” y en el alcance 24 h. obtenemos un mapa como éste:



Tenemos representadas las isohipsas de 552 y 576 decámetros geopotenciales para el nivel de 500 hectopascales (Isohipsas es el nombre que reciben las isolíneas de geopotencial. La de 516 no aparece aunque se mencione en la etiqueta ya que cae fuera del mapa. Ya aparecerá a medida que el otoño y el invierno se aproximen) Cada línea de color representa una predicción distinta para cada una de las diferentes condiciones iniciales. En este mapa para un alcance de 24 horas todas esas líneas son bastante coincidentes para  las dos isohipsas, sólo hay pequeños “desacuerdos”. Podemos concluir que con muy alta probabilidad esa será la disposición real de las isohipsas de 552 y 576 gpdm al día siguiente. Pero  sugiero que miréis lo que va pasándoles  a esos spaghettis a medida que aumenta el alcance de la predicción a 48, 72, 96 horas etc.

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2- MAPAS DE SUPERFICIE:   (Volver arriba↑)

       -  LA PRESION AL NIVEL DEL MAR.

       -  LAS ISOBARAS Y EL VIENTO.

         -  EL VIENTO REAL EN SUPERFICIE.

       -  LOS FRENTES EN LOS MAPAS DE SUPERFICIE.

LA PRESION AL NIVEL DEL MAR  (Volver al punto 2↑)



Aquí tenemos un mapa de superficie puro y duro, sólo hay isobaras. Corresponde a una predicción a 48 horas del modelo HIRLAM válida para hoy, lunes 22 de septiembre a las 12 UTC. En otros mapas de superficie se incluyen también elementos como viento, frentes etc. pero aquí la única variable representada es la presión reducida a nivel del mar mediante isobaras de cuatro en cuatro hPa etiquetadas en azul. También hay unos cuantos valores de presión en rojo y verde correspondientes respectivamente a mínimos y máximos locales de la misma variable que se alcanzan en algunas zonas del mapa.

La presión atmosférica, es decir el peso de la columna de aire atmosférico  por unidad de superficie, es una variable fundamental en meteorología y desde la invención del barómetro en el siglo XVI se conoce su estrecha relación con los cambios del tiempo. Pero la presión disminuye rápidamente con la altura; cerca del nivel del mar lo hace a razón de un milibar por cada 8 metros de altitud, una tasa muchísimo mayor que su variación horizontal normal. Como los observatorios meteorológicos están situados a muy diferentes altitudes, para poder comparar sus medidas es necesario usar una referencia común. Las lecturas de los barómetros situados a altitudes superiores se “reducen al nivel del mar” añadiendo, mediante fórmulas apropiadas, la presión adicional que ejercería una columna de aire ficticia que se extendiese en vertical desde el barómetro hasta la altitud cero del océano y para hacer más precisa la comparación en el cálculo se tiene en cuenta la temperatura reinante.

Con las medidas de  presión reducida al nivel del mar pueden construirse mapas de su distribución mediante isobaras. Durante mucho tiempo estos fueron los mapas usados fundamentalmente por los meteorólogos y durante bastante tiempo después, prácticamente hasta el desarrollo de Internet, los únicos que llegaban al público. El hecho de que para describir o predecir el estado del tiempo es necesario conocer la distribución de otras variables tanto en superficie como en niveles superiores, no resta importancia al mapa de presión en superficie. En el caso de que nos obligasen a disponer de un solo tipo de mapa meteorológico para informar del estado del tiempo, constituiría sin duda la mejor elección.

Aquí esta de nuevo el mismo mapa  con algunas estructuras típicas de la distribución de presión señaladas:



Sobre el Atlántico tenemos una depresión marcada en su centro con la letra “B” (Baja)  donde se señala una presión de 1005 hPa. Encima y a su derecha hay un anticiclón en una posición oblicua Noroeste-Sureste que no es la más familiar. En su centro la presión es de 1029 hPa (letra “A” de Alta). No todas las isobaras están etiquetadas, pero teniendo en cuenta que van de 4 en 4 hPa puede deducirse que la isobara más interior en la depresión es la de 1008 hPa y en el anticiclón la de 1028,  o que por ejemplo la que cruza sobre España de oeste a sur es la de 1020. Antes de seguir conviene recordar las letras conque suelen marcarse las depresiones y anticiclones para otros idiomas:

Francés: B (Baisse) y H (Haute) - Inglés: L (Low) y H (High) - Alemán: T  y H

Más al Este del anticiclón las isobaras describen una curvatura brusca a través de un eje que va desde Galicia hasta el mar del Norte marcado con una línea roja. Las isobaras internas tienen valores cada vez más bajos, pero la estructura no es cerrada. Se trata de una Vaguada o Surco. En cambio al sur de la península Ibérica el anticiclón se prolonga hacia el este sobre el norte de África en una especie de cuña según un eje aproximado que he marcado con la línea quebrada en azul. Se trata de una Dorsal o Loma anticiclónica. Sobre Marruecos existe incluso un pequeño anticiclón de 1025 hPa, imbuido en la dorsal.

Además de las depresiones y anticiclones las vaguadas y dorsales son estructuras importantes de los mapas de superficie y ya veremos que son las dominantes en los mapas de altura. Finalmente, he marcado con la letra C un punto justo al este de la dorsal situado entre dos sistemas de altas presiones, la dorsal al Oeste y el pequeño anticiclón mediterráneo al Este y dos sistemas de bajas presiones, la vaguada al Norte y bajas relativas en el interior de Africa al Sur. Esos puntos entre dos sistemas de altas presiones y dos de bajas se llaman Collados.

Otra importante información que ofrecen las isobaras es la mayor o menor magnitud conque varía la presión en sentido horizontal. Si las isobaras están muy cerca unas de otras, como sucede en la parte norte de la depresión atlántica o sobre Irlanda e Inglaterra, esa variación es intensa y se dice que el “Gradiente de presión” es alto. En cambio en la mitad sur de la depresión el Gradiente es más bajo y todavía es más reducido sobre la península Ibérica. Al oeste de las islas Canarias la distancia entre las isobaras es muy grande y la variación de presión por tanto es mínima, constituyendo lo que suele llamarse un “pantano barométrico”.


LAS ISOBARAS Y EL VIENTO  (Volver al punto 2↑)

Un mapa de presión en superficie proporciona a primera vista una idea de la circulación atmosférica en niveles bajos, sobre todo en latitudes superiores a los 30º Norte o Sur. Las dos fuerzas básicas que determinan la circulación del aire sobre la Tierra son la variación de la presión (el Gradiente) y la propia rotación terrestre que produce la llamada aceleración de Coriolis y con ello una fuerza que desvía el movimiento del aire hacia la derecha en el hemisferio Norte y hacia la izquierda en el Sur. Bajo la hipótesis de que ambos factores, la fuerza del Gradiente de Presión y la fuerza de Coriolis, se equilibran, se calcula una aproximación teórica para la circulación llamada “Viento Geostrófico” (el termino alude a la rotación de la tierra).

Las isobaras identifican la circulación del viento Geostrófico de acuerdo a la regla de Buyss Ballot: “El Viento Geostrófico circula paralelo a las isobaras dejando a su derecha las altas presiones en el hemisferio Norte (en el hemisferio Sur a la izquierda)”. En la parte superior de nuestro mapa la circulación del viento Geostrófico sería como indican las flechas:



La regla de Buyss Ballot implica que en el hemisferio Norte, el viento Geostrófico circula en sentido contrario de las agujas del reloj alrededor de las depresiones y en el sentido del reloj alrededor de los anticiclones (en el hemisferio Sur sucede al revés).

La cuestión inmediata es conocer cual es la relación entre el  viento Geostrófico, así calculado, y el viento real  reinante en una situación como la descrita por el mapa. Para ello debemos tener en cuenta lo siguiente:

1º) La aceleración de Coriolis es nula en el Ecuador y va aumentando gradualmente hacia los polos donde es máxima. En latitudes cercanas al Ecuador, digamos hasta 20 o 30 grados, la fuerza de Coriolis es débil y los vientos no se ajustan a la hipótesis “geostrófica”.

2º) Existen otras fuerzas y factores determinantes. En las capas cercanas a la superficie el más importante es la fricción o rozamiento del viento. En niveles altos (por encima de unos 1000 metros sobre el suelo) el viento Geostrófico se aproxima bastante al real, pero por debajo el rozamiento desvía el viento en dirección hacia las bajas presiones de forma que no sopla paralelo a las isobaras sino formando un ángulo con estas que puede llegar a unos 40 grados en superficie sobre terreno rugoso. Sobre el mar está en torno a 15-20 grados. Con el rozamiento la circulación del viento en nuestro mapa pasaría a ser más o menos la siguiente: 



En el norte de España por ejemplo, la dirección del viento Geostrófico era del Oeste-Noroeste pero el rozamiento lo gira a una dirección más bien del Suroeste. Es interesante observar que en la depresión atlántica el rozamiento hace que el viento converja hacia el centro, formando una especie de espiral (el aire “entra” en la depresión). Por el contrario, en el anticiclón hay divergencia, el aire “se escapa” de la zona anticiclónica. Cerca del suelo la fricción del viento con la superficie hace que las áreas de bajas presiones sean zonas de convergencia y las de altas presiones de divergencia. Este hecho tiene una importancia fundamental sobre el tiempo atmosférico, volveremos sobre ello el próximo día. 


EL VIENTO REAL EN SUPERFICIE [b]  (Volver al punto 2↑)

Y ahora volvamos a la cuestión interesante de saber si teniendo en cuenta el rozamiento, las isobaras nos proporcionan ya una medida ajustada de la dirección del viento y también de su velocidad en superficie. En mar abierto la respuesta es afirmativa, con bastante aproximación, pero sobre los continentes  existen numerosos accidentes geográficos e influencias térmicas de escala más pequeña que  modifican el viento a gran escala señalado por las isobaras (escala “sinóptica” suele llamarse)  Todo depende un poco de la intensidad de ese viento general. Si es suficientemente fuerte  puede imponerse a las influencias de menor escala. Ahora veremos como el mapa de superficie también ofrece una evaluación de la velocidad del viento general. Hay que tener en cuenta los siguientes factores, especialmente el primero:

1) La velocidad del viento es directamente proporcional al Gradiente de Presión y por tanto más fuerte cuanto más juntas estén las isobaras

2) Para un mismo gradiente de presión es inversamente proporcional a la latitud, es decir más fuerte cuanto más alejados estemos de los polos

3) Para igualdad de los factores anteriores es más fuerte cuando las isobaras se curvan alrededor de altas presiones (“curvatura anticiclónica”) que cuando rodean zonas de bajas presiones (“curvatura ciclónica”). Este efecto se debe a la interacción de la fuerza centrífuga que se suma a la fuerza de la presión en el primer caso y la contrarresta en el segundo.

4) Disminuye al aumentar el rozamiento. Además del giro antes descrito, el rozamiento hace que la velocidad del viento disminuya sobre los continentes y sobre todo en la capa más contigua al suelo. Sobre mar abierto es más fuerte e uniforme

5) Sobre los continentes es en general más fuerte de día que de noche debido a la mayor inestabilidad atmosférica diurna que transmite verticalmente el movimiento.

Incluso después de tener en cuenta todos esos factores, las influencias orográficas y térmicas locales pueden modificar bastante el viento sobre tierra. Sin embargo si el gradiente de presión es intenso la influencia de gran escala se deja notar bastante. Con la situación de nuestro mapa puede predecirse un viento del Suroeste sobre el norte de la península Ibérica y casi con toda seguridad un barco que navegue entre Galicia e Irlanda encontrará vientos del Norte-Noroeste bastante intensos.

En los mapas previstos de los modelos el viento en superficie se calcula de acuerdo a todas las influencias anteriores y también la orografía que el modelo incorpora para sus cálculos y que no representa perfectamente a la real. Para la misma hora del mapa de superficie anterior el modelo HIRLAM hizo la siguiente predicción de viento en superficie:



Las flechas señalan la dirección prevista del viento y la velocidad viene dada por la longitud de las flechas de acuerdo al patrón que aparece en el ángulo superior derecho del mapa (una flecha con longitud equivalente a 25 metros por segundo). La verdad es que cuesta bastante ver las flechas pequeñas. Los colores de las flechas no se refieren al viento sino a la temperatura prevista en superficie de acuerdo con la escala superior.

Puede verse que el viento del modelo dibuja perfectamente la depresión sobre el Atlántico. En el interior del anticiclón a su derecha hay vientos muy flojos, de acuerdo al débil gradiente de presión y la latitud más bien alta. El viento en el norte de España y entre Galicia e Irlanda también coincide con lo que nos habían contado las isobaras. En el pantano barométrico al oeste de las islas Canarias hay casi calma.

Sin embargo esa predicción del HIRLAM como la de otros modelos, o como la que podamos efectuar nosotros mirando las isobaras, está ofreciendo el viento general o viento “sinóptico” previsto. A menudo no coincidirá con el viento real que se registre en superficie sobre zonas de tierra o en la costa,  ya que no se recogen adecuadamente influencias tan importantes como las circulaciones “mesoescalares” de, por ejemplo, las  brisas térmicas costeras o entre valles y montañas ni tampoco otras influencias locales. Con todo y con ello, el mapa de superficie proporciona una información fundamental sobre la circulación atmosférica general a bajos niveles y sobre la situación y evolución de los sistemas de presión que el próximo día podemos comentar con algunos ejemplos.

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LOS FRENTES EN LOS MAPAS DE SUPERFICIE  (Volver al punto 2↑)

Los frentes son elementos importantes de los mapas de superficie, como marcas de la separación entre masas de aire de distinta humedad y temperatura (y por tanto de distinta densidad). Bjerknes y sus colaboradores en Bergen (Noruega) dieron a conocer la teoría de masas de aire y frentes en los años veinte del pasado siglo, pero hasta la época de la 2ª guerra mundial no se dibujaron frentes en los mapas de superficie. Y hoy en día la proliferación de los modelos que no suelen identificarlos (al menos de forma primaria) hace que hayan desaparecido de muchos mapas. Por otra parte el uso de imágenes de satélite demostró que los frentes son a menudo estructuras más complicadas que en las definiciones iniciales de la escuela noruega o, hablando en plata, que hay frentes y frentes, con características muy variadas.

Para más introducción sobre los frentes y su simbología en los mapas, hay descripciones muy didácticas en el número 1 de la RAM en la sección de divulgación práctica, dirección:

http://www.meteored.com/ram/numero1/quees.asp

y en su continuación en el número 2 en

http://www.meteored.com/ram/numero2/quees.asp

Y también, en inglés, en la dirección que nos pasó el otro día el forero Neuadojo:

http://ww2010.atmos.uiuc.edu/

Por remachar una noción importante, hay que recordar que las masas de aire son estructuras o sistemas tridimensionales de la troposfera. Cuando dos de ellas de distintas características entran en contacto, su zona de separación es la Superficie Frontal. El frente en superficie es sólo la intersección de esa superficie frontal con el suelo. Más claro aún, y perdón por ser demasiado machacón para la gente que conoce bien estas cosas: si imaginamos que dos habitaciones contiguas representan masas de aire de diferente temperatura y humedad, la superficie frontal sería la pared que las separa y el frente solamente la línea de la pared en contacto con el suelo. Un frente en altura sería la intersección de la superficie frontal con un nivel dado (una línea horizontal de la pared a una cierta altura). De todas maneras el ejemplo de la pared no es el más apropiado porque las superficies frontales no son verticales como las paredes, sino que están inclinadas.

Conviene también situar las ZONAS DE LA TIERRA DONDE HAY FRENTES:

La circulación general de la atmósfera tiene varias zonas de acuerdo al esquema de la figura más abajo. Entre las latitudes de unos 60 y unos  30 grados, en ambos hemisferios, hay dos franjas, situadas entre las altas presiones (H) polares y los grandes anticiclones subtropicales (H—H), donde la circulación del aire en niveles bajos es predominantemente del Oeste (más del suroeste en el Hemisferio Norte y del noroeste en el Hemisferio Sur). En la parte  más cercana a  los  polos de esas dos franjas (cerca ya de los 60º) se sitúa, más o menos, la zona fronteriza entre el aire polar, frío y el subtropical cálido. Bjerknes y la escuela noruega denominaron a esa separación Frente Polar y efectivamente se caracteriza por una sucesión de frentes que circundan la Tierra con ondulaciones más o menos pronunciadas hacia sur y Norte.





Los frentes están ligados a las depresiones de latitudes medias (L) que también se originan en esa zona y  son las que afectan por ejemplo a la península Ibérica, sobre todo en invierno, cuando el frente polar desciende de latitud. Dichas depresiones “polares” o “frontales” se originan, como sus frentes asociados,  por la interacción entre el aire polar y el tropical. El modelo más básico de una depresión recién formada con sus frentes cálido y frío sería como sigue

 


Por tanto, la meteorología de borrascas y frentes desplazándose de Oeste a Este es típica de las latitudes a las que se encuentra por ejemplo Europa. No esperemos encontrar frentes en latitudes más cercanas al ecuador (más al sur de, digamos, la península Ibérica o más al norte de Argentina). Las masas de aire no están allí tan diferenciadas como para formar frentes bien definidos. En los trópicos también hay depresiones,  como son los ciclones tropicales, pero se originan por un mecanismo distinto a las de latitudes altas.  En fin, basta de teoría, que esto está en todos los libros y se trata de ver mapas.

MAPAS CON FRENTES EN LA WEB

Una buena dirección para ver varios ejemplos de mapas con frentes es el portal Infomet en la dirección:

http://www.infomet.fcr.es/

y pinchamos dentro de la sección “modelos” en UKMO que son las iniciales del Servicio Meteorológico inglés, pero lo que nos aparece es una tabla con varias opciones y mapas de la Met Office (Servicio inglés o UKMO), Deutsche Wetterdienst (Servicio alemán), USAF, Météo France y otros, todos mapas de superficie con frentes, aunque con diferentes presentaciones



Este primero es el mapa previsto para el 2 de de Octubre a las 12 UTC por la  Met Office. La depresión que está dando tanta lluvia sobre España hoy tiene varios centros con 1007 - 1005 milibares y varios frentes asociados: fríos, cálidos, ocluidos, lineas continuas que representan ejes de vaguada, un frente ocluido en frontólisis (Sur de Irlanda). Es una interpretación un poco complicada, como suelen hacer los ingleses y quizá sea mejor que comentemos la misma situación  en un mapa donde está descrita más sencillamente: el del servicio alemán:

 


Antes de comentarlo hay que advertir que el Servicio Meteorológico alemán todavía no anuncia oficialmente los cursos de Meteosort (www.meteosort.com), aunque no tardará en hacerlo en vista de su fama. Lo que pasa es que estos mapas se circulan en Internet por nuestro admirado Ramón Bailina que los recibe por radiofacsimil y aprovecha para incluir alguna noticia de interés. En el centro del mapa, con la advertencia “Basado en datos de 00 UTC debido a problemas informáticos” aparecen unas rayas horizontales que no son más que interferencias en la recepción por radio. Los alemanes reducen la interpretación frontal a frentes fríos, cálidos y ocluidos. Además dibujan con esa especie de “borregos”, como el que hay sobre el mar Cantábrico, algunas zonas con bastante nubosidad. Según escribo esto se están produciendo fuertes chubascos sobre Madrid de los que es responsable el frente frío que cruza la península Ibérica y sin embargo no se ha señalado la nubosidad asociada. En realidad la baja (T) centrada al oeste de Portugal con vientos del Suroeste está produciendo intensa nubosidad y chubascos en toda la zona. Vamos a centrar nuestra atención ahora en la parte noroeste del mapa:




Aquí hay un buen ejemplo de la distribución de masas de aire y frentes asociados a la depresión (T) centrada a la derecha de Islandia. Al oeste de la depresión tenemos la masa más fría que desciende con vientos del norte hasta la frontera con la masa cálida marcada por el frente Frío debajo de las flechas azul oscuro con sus triángulos apuntando hacia la masa cálida. Más al sur donde están la flechas rojas pequeñas, el pequeño sector de aire cálido está también avanzando hacia el sur  sobre una masa de aire fresco (con “fresco”queremos decir “menos frío” que el que está más al norte). Ese límite en superficie entre el aire cálido que avanza y el aire fresco es el frente Cálido, marcado con semiredondeles.

Según nos desplazamos hacia el Este, el frente Frío y el frente Cálido se unen formando un frente Ocluido (también se les llama simplemente “Oclusión”) que se indica con semiredondeles junto a triángulos (delante de la flecha morada). Lo que ha sucedido es que en esa zona el frente Frío ha “alcanzado” al frente Cálido. En superficie la masa fría entra en contacto con la masa “fresca” al Este, desplazando hacia niveles altos al aire cálido menos denso.

En el Oeste hay un Anticiclón (H) con el viento girando en el sentido de las agujas del reloj. En la zona de Terranova es la masa de aire cálido la que avanza hacia el Norte sobre la masa de aire frío. El mismo frente que más al Este era Frío se transforma aquí en frente Cálido. Lo que define a un frente no es la posición de las masas de aire, sino cual de ellas avanza sobre la otra, es decir el viento. Cuando el viento es paralelo a un frente, ninguna de las dos masas avanza sobre la otra y se tiene un frente estacionario donde las masas de aire tienden a mezclarse, como sucede en la zona al Oeste de las islas Azores (ver mapa grande). Se simboliza con triángulos apuntando en dirección hacia la masa cálida y semiredondeles al otro lado, apuntando hacia la masa fría (no confundir con las oclusiones donde ambos apuntan hacia la misma dirección)       

El paso de frentes y superficies frontales ocasiona cambios de tiempo (nubosidad, precipitación, giro del viento, etc.) bastante típicos, sobre todo cuando las fronteras entre masas de aire están bien definidas. El siguiente mapa, que se puede encontrar en el mismo sitio que los anteriores es un mapa previsto para la misma hora (12 UTC de hoy día 2) por el servicio meteorológico de la Fuerza Aerea norteamericana (USAF), donde se señalan zonas de nubosidad previstas en una especie de imagen de satélite infrarroja virtual:




Las diferentes tonalidades de gris en la escala debajo del mapa indican la cantidad de nubes medias (entre 6000 y 1400 pies). FEW indica 1 a 2 octavos de cielo cubierto, SCT 3 a 4 octavos, BKN 5 a 7 octavos y OVC cielo cubierto

Observar en este mapa que un sistema frontal no tiene que llevar siempre nubosidad y precipitación y, viceversa, una zona nubosa con o sin precipitación no tiene que llevar asociado un sistema frontal, como ocurre en el Mediterráneo occidental. En algunas ocasiones los sistemas nubosos de latitudes subtropicales (zona de Canarias por ejemplo), que dan apariencia de borrascas,  no llevan asociados frentes en superficies definidos e, incluso, su dinámica es tal que hace difícil asociarles sistemas frontales “típicos” de la escuela noruega.

Lo que se ve muy bien en este mapa es que los frentes fríos activos como el del Atlántico Norte tienen una estrecha pero densa banda de nubes justo por delante. La masa fría “empuja” al aire cálido más ligero obligándole a ascender por delante del frente  formándose nubosidad vertical, a menudo con violentos chubascos y tormentas, pero en cuanto pasa el frente se produce una súbita mejoría del tiempo, con buena visibilidad y chubascos ya sólo ocasionales. También para el frente frío que está cruzando la península se preveía esa evolución temporal, a pesar de la proximidad de la depresión. Y así ha sido. Cuando empecé a escribir este texto todo el cielo sobre Madrid estaba cubierto con chubascos constantes y nubes casi a ras de suelo. Ahora son las 15 UTC, ha salido el sol con grandes claros, aunque hay todavía algún chubasco intermitente. Madrid se encuentra ya en la zona postfrontal con poca nubosidad que había dibujado la USAF en el suroeste de la península. Un frente frío “de libro”.

Los efectos de los frentes y la interacción entre masas de aire dan para hablar bastante, pero este cursillo se refiere más que nada a mapas, aunque lógicamente comentar los mapas y sobre todo de su interpretación obliga a hablar un poco de los fenómenos atmosféricos.

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