Los vientos circulan alrededor del globo debido a la rotación de la tierra y a la energía del sol.
¿Por qué me importa? La dirección general de los vientos varía alrededor del globo dependiendo de factores como la latitud y la proximidad a los océanos. La dirección del viento en varios niveles de la atmósfera determina el clima local y dirige alrededor de los sistemas meteorológicos y el tiempo severo.
Ya debería estar familiarizado con: Gradiente de temperatura, Qué impulsa el clima, Estabilidad, Masas de aire, Convergencia y divergencia, Inclinación y latitud, Efecto Coriolis, Calor latente y sensible
La circulación del viento en la atmósfera es impulsada por la rotación de la tierra y la energía entrante del sol. El viento circula en cada hemisferio en tres células distintas que ayudan a transportar la energía y el calor desde el ecuador hasta los polos. Los vientos son impulsados por la energía del sol en la superficie a medida que el aire caliente sube y el aire más frío se hunde.
Figura A. Circulación de la célula Hadley.
La célula de circulación más cercana al ecuador se llama célula Hadley. Los vientos son ligeros en el ecuador debido a los débiles gradientes de presión horizontales localizados allí. Las condiciones cálidas de la superficie dan lugar a una presión localmente baja. El aire cálido asciende en el ecuador produciendo nubes y provocando inestabilidad en la atmósfera. Esta inestabilidad hace que se desarrollen tormentas eléctricas que liberan grandes cantidades de calor latente. El calor latente no es más que la energía liberada por las tormentas debido a los cambios de vapor de agua a gotas de agua líquida a medida que el vapor se condensa en las nubes, haciendo que el aire circundante se vuelva más cálido y húmedo, lo que esencialmente proporciona la energía para impulsar la célula de Hadley.
La célula de Hadley abarca latitudes desde el ecuador hasta unos 30°. En la superficie de esta latitud, la alta presión hace que el aire cercano al suelo sea divergente. Esto obliga a que el aire descienda desde el cielo para «rellenar» el aire que se aleja de la alta presión de la superficie. El aire que fluye hacia el norte desde el ecuador en lo alto de la atmósfera es cálido y húmedo en comparación con el aire más cercano a los polos. Esto provoca un fuerte gradiente de temperatura entre las dos masas de aire diferentes y se produce una corriente en chorro. En las latitudes de 30°, este chorro se conoce como corriente en chorro subtropical, que fluye de oeste a este tanto en el hemisferio norte como en el sur. Los cielos despejados generalmente prevalecen a lo largo de la alta presión superficial, que es donde se encuentran muchos de los desiertos del mundo.
Figura B. Direcciones generales del viento. (Imagen de la NASA).
A partir de los 30º de latitud, parte del aire que se hunde en la superficie vuelve al ecuador para completar la Célula Hadley. Esto produce los vientos alisios del noreste en el hemisferio norte y los del sureste en el hemisferio sur. La fuerza de Coriolis influye en la dirección del flujo del viento. En el hemisferio norte, la fuerza de Coriolis gira los vientos hacia la derecha. En el Hemisferio Sur, la fuerza de Coriolis gira los vientos hacia la izquierda.
Desde los 30° de latitud hasta los 60° de latitud, una nueva célula toma el relevo conocida como Célula Ferrel. Esta célula produce vientos predominantes del oeste en la superficie dentro de estas latitudes. Esto se debe a que parte del aire que se hunde a 30° de latitud sigue viajando hacia el norte en dirección a los polos y la fuerza de Coriolis lo desvía hacia la derecha (en el hemisferio norte). Este aire sigue siendo cálido y a unos 60° de latitud se acerca al aire frío que desciende de los polos. Con la convergencia de las masas de aire en la superficie, la baja presión superficial a 60° de latitud hace que el aire se eleve y forme nubes. Parte del aire cálido ascendente regresa a los 30° de latitud para completar la Célula de Ferrel.
Las dos masas de aire a 60° de latitud no se mezclan bien y forman el frente polar que separa el aire cálido del aire frío. Así, el frente polar es el límite entre las masas de aire cálido tropical y el aire polar más frío que se desplaza desde el norte. (El uso de la palabra «frente» procede de la terminología militar; es el lugar donde se enfrentan los ejércitos opuestos en la batalla). La corriente de chorro polar se sitúa por encima del frente polar y fluye generalmente de oeste a este. El chorro polar es más fuerte en invierno debido a los mayores contrastes de temperatura que durante el verano. Las ondas a lo largo de este frente pueden arrastrar el límite hacia el norte o hacia el sur, dando lugar a frentes locales cálidos y fríos que afectan al tiempo en lugares concretos.
Por encima de los 60º de latitud, la célula polar hace circular aire frío y polar hacia el ecuador. El aire de los polos asciende a 60° de latitud, donde la célula polar y la célula de Ferrel se encuentran, y parte de este aire vuelve a los polos completando la célula polar. Debido a que el viento fluye de alta a baja presión y teniendo en cuenta los efectos de la fuerza de Coriolis, los vientos por encima de los 60° de latitud son vientos predominantes del este.
Circulación Walker
Figura C. Circulación Walker.
En contraste con las circulaciones Hadley, Ferrel y polares que corren a lo largo de líneas norte-sur, la circulación Walker es una circulación este-oeste. Sobre el Océano Pacífico oriental, la alta presión en superficie frente a la costa occidental de Sudamérica aumenta la fuerza de los vientos alisios del este que se encuentran cerca del ecuador. Los vientos se alejan de la alta presión hacia una presión más baja cerca de Indonesia. El afloramiento de agua fría desde las profundidades del océano hasta la superficie se produce en el Pacífico oriental a lo largo de Sudamérica, cerca de Ecuador y Perú. Estas aguas frías son especialmente ricas en nutrientes y están repletas de grandes poblaciones de peces. En cambio, el agua del Pacífico occidental, cerca de Indonesia, es relativamente cálida. El aire sobre Indonesia se eleva debido a la baja presión superficial que se encuentra allí y forma nubes. Esto hace que caigan fuertes precipitaciones sobre el Pacífico tropical occidental a lo largo del año. A continuación, el aire vuelve a circular hacia la región situada por encima de la alta presión de superficie cerca de Ecuador y se convierte en la circulación Walker. El aire se hunde en esta alta presión superficial y es recogido por los fuertes vientos alisios para continuar el ciclo.
Figura D. El Niño.
En algunas ocasiones, la circulación de Walker y los vientos alisios se debilitan, permitiendo que el agua más cálida «vuelva» hacia el Pacífico tropical oriental, cerca de Sudamérica. Puede pensar en esto como si soplara un ventilador sobre una bañera llena de agua. Si el ventilador sopla constantemente, el agua del lado más alejado del ventilador tenderá a acumularse a favor del viento. Si de repente se reduce la velocidad del ventilador, parte del agua acumulada volverá hacia el ventilador. El agua más caliente cubrirá las zonas de afloramiento, cortando el flujo de nutrientes a los peces y animales que viven en el Océano Pacífico oriental. Este calentamiento del Océano Pacífico oriental se conoce como El Niño. El agua más caliente también servirá como fuente de aire cálido y húmedo que puede ayudar al desarrollo de fuertes tormentas sobre la masa de agua cálida.
¿Cómo se relaciona esto con la agricultura?
Los cambios en la célula Hadley y la circulación Walker pueden dar lugar a variaciones climáticas dramáticas para muchas regiones. En un invierno de El Niño, por ejemplo, la presencia de agua cálida en el Pacífico oriental desplaza la posición del chorro subtropical, lo que provoca fuertes lluvias en Florida y el sur de Georgia. Puede obtener más información sobre cómo El Niño y su opuesto, La Niña, afectan al tiempo en el sureste en www.agroclimate.org, que permite observar las diferencias en el clima en diferentes años según la fase de El Niño.
En un clima más cálido, la célula de Hadley podría aumentar su longitud y alterar el clima de las regiones alrededor de los 30º. Por ejemplo, muchos desiertos del hemisferio norte se sitúan en torno a los 30° de latitud, y si la célula de Hadley aumentara su longitud, eso podría hacer que las condiciones de sequedad se desplazaran al norte de los 30°. En última instancia, esto alteraría los patrones de precipitación de muchas regiones, incluyendo el sureste.
¿Quieres saber más?
Corrientes en chorro, El Niño, La Niña, riesgos de mal tiempo
Actividades para acompañar la información anterior:
Actividad: Procesos atmosféricos-Convección (Enlace a la actividad original).
Instrucciones de montaje del profesor
Actividad del alumno: documento pdf documento word
Descripción: Esta actividad muestra cómo las corrientes se mueven a través del agua utilizando colorantes alimentarios y agua caliente y fría. Esto simula cómo el aire puede actuar como un fluido. Los estudiantes comprenderán plenamente el proceso de convección y cómo se transfiere el calor a través de este proceso.
Relaciones con los temas: Convección, Circulación General de la Atmósfera, Circulaciones Oceánicas
Actividad: Energías renovables: El viento (versión en pdf de la actividad original.)
Descripción: Esta actividad se centra en la relación entre la presión barométrica, la velocidad y la dirección del viento. Los estudiantes utilizarán estos parámetros para analizar los mapas de superficie de los Estados Unidos y formarán una relación con los patrones que aparecerán en el mapa.
Relaciones con los temas: Presión, Lo que impulsa el clima, Efecto Coriolis, Circulación general de la atmósfera