Vientos dominantes

Ya sea que se exprese como una suave brisa o como un poderoso huracán, el viento es simplemente aire en movimiento. Se trata de un fenómeno que depende casi en su totalidad de la energía solar y de su distribución desigual sobre la superficie terrestre: esto produce zonas de alta y baja presión, lo cual a su vez genera un desequilibrio que obliga a las masas de aire a desplazarse.

El viento juega un papel fundamental en el equilibrio térmico del planeta. Al desplazar a las distintas masas de aire hace que estas entren en contacto, contribuyendo de manera significativa a la distribución de la humedad y el calor sobre la superficie terrestre. De hecho a la circulación del aire le corresponde cerca del 60% de la tarea de redistribución de la energía calorífica sobre la superficie terrestre, mientras que el otro 40% le corresponde a las corrientes oceánicas.

Los vientos globales

Los vientos globales, o dominantes, son aquellos que a gran escala muestran una evidente regularidad, como es el caso de los alisios. Aunque representan un fenómeno bastante complejo, en términos generales los vientos globales se pueden describir como grandes circuitos que combinan los movimientos verticales y horizontales de las masas de aire. Los movimientos verticales se describen como células de circulación atmosférica, mientras que los movimientos horizontales se relacionan estrechamente con los gradientes de presión y con el efecto de Coriolis.

Las células de circulación atmosférica

Cada hemisferio terrestre está circundado por tres grandes circuitos de circulación atmosférica: la célula de Hadley, la célula de Ferrel, y la célula Polar. En cada circuito el aire caliente sube, se desplaza alejándose de la zona cálida que lo ha generado y, una vez que se ha enfriado, vuelve a bajar. Al llegar de nuevo a la superficie terrestre se calienta otra vez, iniciando un nuevo ciclo de movimientos ascendentes y descendentes.

Modelo tri-celular de las corrientes globales de aire

Debido a la intensa radiación solar, el aire de latitudes bajas que fluye cerca del ecuador se calienta fácilmente, con lo cual se expande y se eleva. En su trayectoria ascendente transporta una gran cantidad de vapor de agua, generando frecuentemente nubes de gran desarrollo vertical como los cúmulos y los cumulonimbos. Este fenómeno da origen a las células convectivas de Hadley, que dominan los climas tropicales y subtropicales. Dado que gran parte del aire se encuentra ascendiendo, el ecuador es una franja en la que se dan vientos muy suaves de manera regular, llamados calmas ecuatoriales.

Una vez que los flujos ascendentes del ecuador han ganado una altura de alrededor de 15 kilómetros, las diferencias de presión los divide y los desvía hacia los polos, generando las corrientes superiores de las células de Hadley. Durante su trayectoria hacia los polos el aire paulatinamente se enfría y se vuelve más denso. Cuando alcanza latitudes de entre 20° y 30°, tanto en el hemisferio norte como en el sur, el flujo hacia los polos se interrumpe y se crean grandes remolinos descendentes. Las corrientes descendentes crean franjas de alta presión, caracterizadas generalmente por cielos despejados y condiciones atmosféricas estables. Estas condiciones, aunadas a la sequedad del aire, generan franjas desérticas en las zonas continentales. Baste recordar los desiertos del sureste de Estados Unidos, del norte de México, del norte de África (el Sahara) y de Arabia, todos ellos en el hemisferio norte.

Cuando los flujos descendentes descritos alcanzan la superficie, una parte de estos regresa al ecuador (como los vientos alisios del noreste y sureste) para completar las células de Hadley, mientras que otra parte se dirige hacia los polos, dando origen a las corrientes inferiores de las células de Ferrel. En su trayectoria hacia los polos estas corrientes gradualmente vuelven a ganar calor y humedad, si bien no de manera tan intensa como en las zonas ecuatoriales. Cerca de las latitudes 60° se encuentran con los vientos fríos provenientes de los polos, lo que ocasiona nuevos flujos ascendentes, zonas de baja presión y condiciones atmosféricas inestables con frecuentes lluvias ciclónicas.

Los flujos ascendentes de las latitudes 60°, al ganar suficiente altura, nuevamente se dividen por las diferencias de presión. Una parte de ellos retorna con dirección al ecuador, generando las corrientes superiores que completan las células de Ferrel, mientras que otra se dirige hacia los polos, formando las corrientes superiores de las células polares. Estas últimas se enfrían cada vez más durante su recorrido y, al llegar a los polos, descienden y forman nuevas zonas de alta presión. A los flujos que descienden sobre los polos sólo les queda regresar con dirección al ecuador, en forma de vientos fríos, para completar las células polares.

El efecto de Coriolis

Para explicar con mayor precisión los patrones de los vientos globales, a los movimientos circulatorios descritos líneas arriba debemos sumar el llamado efecto de Coriolis. Este efecto se deriva del hecho de que la superficie de la tierra gira constantemente por debajo de las masas de aire en movimiento, y se expresa como una fuerza ficticia que desvía en forma horizontal la trayectoria de los vientos (considerando la superficie terrestre como fija).

Para entender mejor el efecto de Coriolis, imaginemos un avión que despega en el polo norte y vuela en línea recta hasta el ecuador, completando el recorrido en una hora. Dado que en ese tiempo la tierra habrá girado sobre si misma 15°, al aterrizar el avión se habrá desviado aparentemente 15° respecto a su trayectoria real. Desde el punto de vista de una persona dentro del avión, éste siguió una trayectoria recta. Desde el punto de vista de una persona sobre la superficie de la tierra, el avión trazó una curva desviada hacia el oeste (puesto que la tierra gira hacia el este).

El efecto de Coriolis actúa en forma perpendicular a la dirección del movimiento del aire, desviándolo aparentemente hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Esto tiende a generar, a gran escala, circuitos horizontales que giran en el sentido de las manecillas del reloj en el hemisferio norte, y en el sentido inverso en el hemisferio sur.

En conjunto, las células de circulación atmosférica y el efecto de Coriolis generan los patrones de vientos dominantes que se expresan en la imagen de abajo.

Patrones globales de los vientos. La figura de la izquierda muestra como serían los flujos globales del aire si los cinturones de presión fueran continuos. La de la derecha muestra un modelo más apegado a la realidad, en el que las zonas semipermanentes de altas y bajas presiones (producto de la interrupción de los océanos por las grandes masas de tierra) generan importantes alteraciones a los flujos globales del aire.

Volviendo a las células de circulación atmosféricas, podemos sintetizar que el efecto de Coriolis genera los siguientes patrones:

  • Los flujos superficiales de las células de Hadley se desvían hacia el oeste.
  • Los flujos superficiales de las células de Ferrel se desvían hacia el este.
  • Los flujos superficiales de las células Polares se desvían hacia el oeste.

Los vientos locales

Los vientos locales suelen ser mucho más variables que los globales, cambiando constantemente su intensidad y dirección. En ocasiones son el resultado de la interacción de los vientos globales y regionales con el relieve del terreno. En otras se producen por la proximidad de dos medios con temperaturas distintas, como el mar y la tierra.

Los vientos de relieve

Cuando un flujo de viento choca contra una barrera orográfica suficientemente elevada suelen producirse fenómenos bastante predecibles. Al llegar a las laderas de las montañas el aire asciende y se enfría, provocando casi siempre condensaciones en forma de niebla o nubes bajas. Si dicho aire es muy húmedo, y la ascendencia prolongada, es posible que se presenten precipitaciones intensas.

Una vez que el viento pasa la cima, habiendo ya descargado su humedad, comienza a descender por la ladera contraria y a calentarse gradualmente durante su recorrido. Debido a ello en las laderas contrarias al viento suele producirse un clima relativamente cálido y seco. Es el caso del viento Foehn, presente en Austria y Suiza, y del Chinook, que desciende de las montañas Rocosas de Norteamérica.

Brisas marinas y terrestres

Las masas de agua y las masas terrestres responden de manera distinta a la radiación solar que incide sobre ellas, lo cual provoca comportamientos térmicos contrastados. La principal diferencia es que las masas de agua tienden a tener temperaturas más estables, mientras que las terrestres suelen presentar variaciones significativas entre el día y la noche. En las costas, donde ambos elementos se encuentran muy próximos, estas diferencias provocan inversiones térmicas cíclicas que a su vez generan brisas recurrentes.

Debido a la radiación solar, principalmente en verano, durante el día la superficie terrestre se calienta más rápido y alcanza temperaturas bastante más elevadas que la superficie marina. El aire caliente sobre la superficie terrestre se eleva, generando una zona de baja presión que inmediatamente es ocupada por el aire fresco proveniente del mar. Los vientos generados por este fenómeno convectivo son conocidos como brisas marinas.

Durante la noche se presenta el proceso inverso. La superficie terrestre se enfría más que la superficie marina, sobre todo en noches de cielo despejado. Ahora es el aire tibio sobre la superficie marina el que se eleva, generando una zona de baja presión que es ocupada por el aire fresco que desciende desde la superficie terrestre. Los vientos producidos de esta manera se conocen como brisas terrestres.

Las brisas terrestres generalmente son más suaves que las marinas, debido a que durante la noche existe un menor contraste entre las temperaturas del mar y la tierra. De cualquier manera en ambos casos su influencia se puede extender hasta 50 kilómetros mar y tierra adentro. Por otro lado es importante considerar que estas brisas pueden presentar alteraciones significativas debido a los vientos globales y regionales, así como al efecto de Coriolis (sobre todo en latitudes elevadas).

Vientos de valle y de montaña

En las zonas montañosas se presenta un fenómeno parecido al de las costas, sólo que aquí las inversiones térmicas son el resultado de la diferencia de altitud entre los valles y las cumbres y de la consiguiente diferencia en su comportamiento térmico.

Durante el día las partes altas, sobre todo las que tienen laderas soleadas, se calientan más que las bajas. El aire caliente en las cumbres se eleva y genera una zona de baja presión, haciendo que el aire más fresco del valle ascienda ladera arriba. Es lo que se conoce como viento de valle.

Durante la noche el aire en las cumbres se enfría notablemente, se hace más denso y tiende desplazarse hacia el valle, ladera abajo. Al mismo tiempo el aire del valle, relativamente más calido, tiende a subir. Esto refuerza el ciclo convectivo que genera lo que se conoce como viento de montaña.

Vientos campo-ciudad

Otro tipo de viento local es el que se genera desde las zonas naturales hacia las ciudades. Los vientos campo-ciudad se encuentran estrechamente ligados al fenómeno conocido como isla de calor, el cual a su vez depende en buena medida de las dimensiones y las características físicas de los conglomerados urbanos.

La temperatura en las zonas urbanas suele ser más elevada que en las zonas naturales aledañas. Esto se debe, entre otros factores, a la acumulación de calor propiciada por los elementos construidos, la proliferación de fuentes de generación de calor y la falta de áreas verdes. Esto provoca que el aire caliente sobre las ciudades ascienda, generando zonas de baja presión y propiciando el desplazamiento de brisas más frescas provenientes del campo.

 

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