El balance energético del planeta

Saludos a todos nuevamente. Hace unos buenos meses que no publico un blog y pensé que ya era hora de publicar algo nuevo. En esta publicación hablaré sobre un fenómeno que es permanente y tiene una función importante en muchos aspectos climatológicos del planeta. Se trata de la celda de Hadley. 

Como bien sabemos, nuestro planeta no se encuentra en equilibrio de temperaturas. Hay lugares más cálidos que otros. En general, las zonas cercanas al ecuador son más cálidas que las zonas polares. Esto es parte de lo que definimos como zonas tropicales y zonas polares.  Entre ambas existe una zona de transición, donde existen continuas variaciones en presión, temperatura y precipitación. A esto denominamos las latitudes medias.  La siguiente figura demuestra estas variaciones en temperatura. 

¡La realidad es que nuestro planeta sí quiere estar en equilibrio! ¡ A nuestro planeta le encantaría que las temperaturas fueran las mismas alrededor de todo el globo! El problema es que existen tres factores muy importantes.

1. El primero es que nuestra atmósfera (y el oceano) son fluidos. Esto significa que son pobres conductores de calor (no como el sartén que usamos para cocinar) y es muy difícil transportar calor a través de vibraciones moleculares. En vez, el calor debe ser transportado por unos procesos que llamamos convección (y advección para los que estudiamos este campo). Es el mismo proceso que mantiene tu vaso de agua frío por completo mientras el hielo se mantiene flotando. Los sistemas del tiempo (figura de abajo como ejemplo), en su mayoría, transportan esta energía día a día. 

2. El segundo factor es que nuestro planeta rota. Este factor es muy importante, ya que le añade un efecto de curvatura a los fenómenos atmosféricos como bien observamos en la figura de arriba. El próximo video es un buen ejemplo de las consecuencias de la rotación del planeta.

3. El tercero, que realmente es una extensión del segundo, es que nuestro planeta es una esfera (aproximadamente). Esto significa no todo lo que se encuentra en nuestro planeta rota con la misma velocidad. Objetos que estén cerca del ecuador rotan más rápido que objetos que se encuentren cerca de los polos ya que están más lejos del eje de rotación (el polo norte). 

¿Cómo nuestro planeta soluciona ésta situación? El planeta se divide en tres regiones principales, las cuales mencionamos al principio. Cada una está dominada por una circulación, o una celda. La próxima figura habla un poco sobre cada cuál. De las tres, la más robusta, y tal vez la única que es directamente observable es la celda de Hadley, cuál mencionaré en la próxima entrada. 

Sobre la meteorología tropical, campañas y la ciencia

Nuestra atmósfera, las condiciones del tiempo, son el resultado de complejos procesos basados en la dinámica de fluidos (líquidos y gases). La complejidad matemática detrás de tal estudio es fenomenal, con la mayoría de los mejores modelos con lo que contamos hoy día  siendo vastas simplificaciones (aunque a buena aproximación a corto tiempo) a estos sistemas matemáticos. El clima, por el otro lado, es aproximadamente basado en el balance energético de nuestro planeta. Es decir, el clima es basado en el balance de la radiación que llega del sol, como interactúa en la atmósfera, y la radiación que nuestro planeta emite. Mucho más radiación solar llega a la zona ecuatorial que en los polos. Esta diferencia tiene grandes implicaciones en los climas de cada región, y en los tipos de fenómenos que observamos local y globalmente.

La región tropical del mundo es caracterizada, generalmente, por los vientos alisios y la ZCIT (en inglés ITCZ) , ambos asociados a una circulación mayor llamada la Celda de Hadley (Hadley Cell). Esta se encarga de redistribuir el exceso de energía que la zona tropical recibe y dirigirla hacia los polos. Existen otros procesos importantes para esta dinámica, pero la Celda de Hadley sobresale tal vez como el más importante. Uno de los resultados de esta dinámica es mantener el trópico más frío y los polos más cálidos de lo que serían si no tuviéramos estas circulaciones. Muchos llaman a esto el balance energético del planeta.

Una de las consecuencias del ambiente único que observamos en el trópico son los fenómenos que observamos en él. La existencia de la tranquila Celda de Hadley, la radiación solar que recibimos y el alto contenido de humedad tiene hace el trópico hogar para alguno de los fenómenos atmosféricos más energéticos que observamos en el planeta. Entre éstos se encuentran familias de ondas tropicales y huracanes, para mencionar algunos. En una frecuencia más baja que las ondas tropicales (2-15 días), pero más alta que el cambio de temporada (3-4 meses), se encuentra un fenómeno que se conoce como el Madden-Julian Oscillation. Piense de éste como una onda tropical masiva, cuya escala puede cubrir la mitad del planeta. Todos los fenómenos mencionados anteriormente han sido extensamente estudiados, pero aun hay mucho por conocer sobre ellos. Tal vez esté fuera de nuestra capacidad humana poder completamente conocer como éstos fenómenos funcionan. Sin embargo, continuamos estudiándolos con la esperanza de algún día mejorar nuestros pronósticos del tiempo.

Para poder continuar mejorando nuestros pronósticos la comunidad científica, en ocasiones, organizan grandes campañas para poder obtener información y entender mejor algunos procesos meteorológicos. Algunas de estas son de grandes escalas y muy costosas, pero trayendo consigos grandes avances en los estudios de la atmósfera y el océano. Entre estos experimentos se destacan GATE y TOGA-COARE. En los últimos años la campaña más grande ha sido CINDY, una colaboración internacional en los estudios del oceano Indico. Los proyectos estadounidenses que participaron de esta colaboración lo son AMIE y DYNAMO, de los cuales yo tuve la oportunidad de formar parte.

Esta campaña terminó abruptamente al encontrarse con una situación política en las islas Maldivas, cede de dicha campaña. El descontrol y las frecuentes protestas fueron base de una decision final de culminar toda actividad científica y desalojar la zona. Es la primera ocasión que un proyecto científico en el campo de la meteorología termina de dicha manera.

Sin embargo, a pesar de esto el proyecto ha sido un éxito rotundo, obteniendo en 4 meses información científica jamás obtenida antes. En otras palabras, a pesar de la situación que trajo un proyecto a su final, este aun traerá avances al campo que no se han visto en varios años. Sin embargo, este fruto no se verá de hoy para mañana, pues toma cientos de meteorólogos y años de análisis para poder mejorar un pronóstico por un 5%. Nuestra atmósfera es así de complicada.

Como boricua, y hermano latinoamericano, es poco decir que es un honor poder participar en estos eventos. Noticias salen al diario vivir sobre asesinatos y corrupción, pero apenas vemos el gran desempeño que la juventud ofrece, y es poco decir que en los últimos años el campo que estudio se ha distinguido por la calidad de científicos que han salido de nuestra región caribeña.  Sin embargo, los verdaderos héroes de esta historia son los familiares y amistades que siempre mantienen un apoyo firme en capítulo de nuestras vidas.

Patrones globales actuales

Saludos. Disculpen por que no haya actualizado el blog en varias semanas. Actualmente me encuentro en las islas Maldivas llevando a cabo un proyecto de investigación. No obstante, siempre hay tiempo para discutir un poco las condiciones del tiempo. Esta vez enfocándonos un poco en el patrón global.

Gran parte de las noticias actuales lo es el extraño patrón que estamos presenciando. Europa se encuentra bajo mucho frío, ha nevado hasta en Roma. Los Estados Unidos está viviendo uno de los inviernos más cálidos en record.

El patrón global durante los próximos meses será dominado por los efectos de La Niña, es decir, temperaturas más frías de lo normal sobre el Pacífico ecuatorial. Esto resulta de un acoplamiento entre el oceano y la atmósfera; donde tanto los patrones atmosféricos globales como los oceánicos se ven afectados.  Este cambio tiene consecuencias a nivel mundial.

Parte de los patrones observados actualmente tienen que ver con este fenómeno, como las temperaturas cálidas en la mayor parte de los Estados Unidos.

Este patrón predominante, junto a otras oscilaciones atmosféricas que pueden ser aún más dominantes a corto plazo afectan las condiciones del tiempo. En particular, afectan grandemente el movimiento de vaguadas y crestas en los niveles altos, y las bajas y altas presiones cercanas a la superficie.

Por ejemplo, la costa oeste de los Estados Unidos se encuentra bajo una fuerte cresta, trayendo consigo días soleados y temperaturas cálidas para la época del año.

Europa, por el otro lado, ha tenido una fuerte ola de aire frío,  en adición a una vaguada que ha traído mucha nieve.

Qué significa todo esto para las personas que viven en latitudes más baja. Bueno, en el hemisferio norte, en esta época estos sistemas frecuentemente los afectan, trayendo consigo episodios de lluvias moderadas.

Actualmente, existe una anomalía de divergencia en los altos niveles, que tiende a ser asociada a ascenso de aire en los niveles más bajos.  Este tiene potencial a traer más lluvia. Tal vez se observen condiciones más húmedas durante los próximos días, si estas ya no se están viendo.

Mas sobre Funso

Durante los pasados días tal vez lo más interesante en la zona tropical es el ciclón tropical Funso. Este se encuentra entre Madagascar y Africa (más bien Mozambique), y ha causado significativo daño en la zona por sus fuertes lluvias. Actualmente es considerado un categoría 4 en la escala de viento Saffir Simpson. La próxima imagen demuestra el ciclón atravesando la zona entre ambos países.
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La imagen no se ve tan impresionante como en horas más tempranas, y probablemente este ciclón ha alcanzado su intensidad máxima ya que se está acercando a una zona de vientos cortantes fuertes. La siguiente animación de CIMMS lo demuestra:

Muy impresionante, y al menos hasta el momento no es una amenaza directa a tierra, lo cual lo hace un poco menos preocupante.

Adicionalmente tenemos otro ciclón tropical, cerca de la zona de Australia. Este por ahora se llama 4.

Actividad hoy

Saludos nuevamente. Mientras muchos de nosotros que vivimos en las latitudes medias hemos tenido entretenidos días de nevadas, lluvia helada y temperaturas bajas, el otros lugares del mundo ocurren cosas muy diferentes.

Tomen, por ejemplo el oceano Atlántico, que en estos momentos observa el pasaje de frentes fríos, como pueden observar en la imagen de MIMIC TWP, y una imagen de satélite  junto a las alturas de geopotencial (850 mb) y temperaturas. Claramente frentes junto a sus tormentas extratropicales.

Sin embargo, esto no es lo unico interesante que observamos en estos dias. Tenemos dos ciclones tropicales , Ethel (derecha) y Funso (izquierda). Ambos son ciclones del hemisferio sur. Ninguno de los dos parece tener una trayectoria hacia la tierra, la proximidad de Funso a la costa africana requiere un poco de atención

Sobre sistemas frontales

Durante los pasados días hemos observado cierta cantidad de precipitación sobre la zona Caribeña, en particular sobre Puerto Rico (PR). Estos eventos están asociados, en gran parte, a un sistema frontal que se encuentra estacionado sobre la región. Una imagen de MIMIC-TWP demuestra una línea curveada de mayor humedad que pasa por la región y se extiende hasta el Atlántico norte.

Pero antes de continuar, hablemos un poco sobre lo que es un sistema frontal.  Como bien el nombre indica estos sistemas son fronteras atmosféricas. En este caso dividen dos masas de aire, una cálida y otra más fría. Observemos la imagen a continuación proveída por el "Tropical Analysis and Forecasting Branch (TAFB)". Noten que sobre PR se encuentra un símbolo que alterna entre azul y rojo. Este se conoce como un frente estacionario. La línea que es solamente azul se conoce como un frente frío.  Diferente al frente estacionario, el frente frío se traslada, avanzando consigo la masa de aire más frío. En la imagen a continuación noten la leve diferencia en temperatura a ambos lados de ambos frentes. Adicionalmente, noten la pequeña vaguada invertida sobre la zona de las lineas. Las vaguadas invertidas tienden a ser asociadas a zonas de baja presión en la zona tropical, como lo son estos frentes y ondas tropicales.

A pesar que los frentes estacionarios no se trasladan mucho, sí son asociados a regiones de precipitación.  Como las dos masas de aire son levemente diferentes, siendo la más fría más densa que la más cálida, frecuentemente observamos que el aire cálido sobre esta región tiende a ascender sobre el aire frío. Como consecuencia observamos regiones de nubosidad en ésta zona.

El frente frío, por el otro lado, puede causar ascenso del aire cálido al ir avanzando y tomando la región.

Ambos sistemas son naturalmente de las latitudes medias (alrededor de 30-60 grados de latitud), y son más comunes en el trópico en el invierno, cuando son lo suficientemente fuerte como para lograr imponerse en las latitudes bajas.

En el caso de PR, la topografía de la isla también ayuda a que el aire ascienda y se produzcan aguaceros.  Esto puede perdurar hasta que el frente se disipe (lo cual se espera), o se mueva fuera de la región (en el cual ya no sería estacionario). Sin embargo, el cambio en la dirección del viento puede continuar causando mal tiempo.

Año nuevo en el trópico

¡Saludos y feliz año nuevo para todos! Deseo comenzar el 2012 hablando un poco sobre las condiciones del tiempo en el trópico. Comenzamos observando una imagen visible del hemisferio occidental, proveida por GOES-East y manejado por UW. Esta demuestra un sistema de baja presión fuera de la costa de Estados Unidos, algunas areas de nubosidad en el Atlántico libre, las típicas areas de convección intensa en la zona amazónica, entre otras.

Entrando más a la zona del Atlántico observamos esta baja presión dominando el ambiente sinóptico. Asociado a este sistema existe una vaguada, la cual puede aumentar las probabilidades de lluvia mientras pase por la zona caribeña.  Noten que en el Caribe la dirección del viento es dominada por los vientos alisios, viniendo desde el este.

La siguiente imagen, proveída por el Instituto Meteorológico de Cuba demuestra la posición de la vaguada. Esta al moverse hacia el este puede aumentar la probabilidad de aguaceros.

La siguiente imagen actualizada demuestra las alturas de geopotencial (que utilizamos como analogo para la presión). Noten la localización de las vaguadas en este mapa.

Si observamos el pronóstico a 72 horas (para miércoles aproximadamente), observamos una zona de alto potencial de vorticidad (se usa como análogo a lugares donde puede haber precipitación) en latitudes considerablemente bajas. Esto no es raro para esta época. Aunque el pronóstico esté todavia un poco lejano, vale la pena mantenerse observándolo.

La imagen de MIMIC-TWP en la zona del Atlántico demuestra que la mayoría del contenido húmedo proviene de dos fuentes. La primera lo son los vientos alisios transportando humedad (y causando evaporación). La segunda son los remanentes de los frentes de frío y las vaguadas mientras salen de la costa estadounidense.  Ambas pueden ser causantes de algunos aguaceros dispersos durante los próximos días, pero dudo que alguno traiga consigo aguaceros fuertes.

En otros lugares del mundo:


El ciclón Thane que mencioné en entradas pasadas se ha vuelto cuento del pasado. Sin embargo, al tocar tierra dejó su huella en el este de la India, causando daño significativo en la zona, según varios reportajes. El segundo ciclón, que ha sido llamado Benilde no es ninguna amenaza a tierra.

Les dejo con una imagen de Benilde tomada por MODIS.