La temperatura del aire & algunos conceptos claves

Climatología Básica

1. LA TEMPERATURA DEL AIRE

2. La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura, de la capacidad de la sustancia para conducir el calor y de otros factores.

3. El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el grado de caliente o frío relativo y de la observación de las variaciones de calor sobre un cuerpo producen una variación de su temperatura

4. Cuando se aporta calor a una sustancia, se eleva su temperatura, así los conceptos de temperatura y calor, aunque están relacionados, son diferentes: La temperatura es una propiedad de un cuerpo. El calor es un flujo de energía producido por las diferencias de temperatura.

5. La temperatura es una de las variables básicas del tiempo y clima. Cuando preguntamos como está el tiempo afuera, casi siempre decimos algo sobre la temperatura, como hace frío o hace calor.

6. El principal factor que produce cambios de la temperatura del aire sobre el planeta es la variación en el ángulo de incidencia de los rayos solares, que depende de la latitud. Este factor hace, por ejemplo, que las zonas tropicales sean cálidas y que la temperatura disminuya hacia los polos.

7. En meteorología, la temperatura se registra en las estaciones meteorológicas, de las que existen miles en todo el mundo. En estas estaciones se miden, por ejemplo, datos de temperatura a determinadas horas fijas, valores de temperaturas máximas y mínimas o se toman registros continuos en el tiempo, llamados termogramas.

8. Con estas mediciones se pueden hacer los cálculos estadísticos para descripciones climatológicas generales, tales como: • Temperaturas medias diarias, mensuales, estaciónales o anuales • Valores extremos (máximas y mínimas) • Amplitudes térmicas, que es la diferencia entre el valor máximo y mínimo • Desviaciones estándar, etc.

9. Factores que influyen en la temperatura del aire

10. El principal factor que produce cambios de la temperatura del aire sobre el planeta es la variación en el ángulo de incidencia de los rayos solares, que depende de la latitud.

11. Otros factores que influyen en la distribución de temperaturas de algún lugar determinado. Calentamiento diferencial de tierras y aguas. Corrientes oceánicas. Altura sobre el nivel del mar. Posición geográfica. Cobertura nubosa y albedo.

12. Ya sabemos que el aire es calentado desde la superficie terrestre. Por lo tanto para entender las variaciones en la temperatura del aire debemos conocer las variaciones en las propiedades del calentamiento de los diferentes tipos de superficie que se exponen al Sol: tierra, agua, bosques, arenas, hielo, etc.

13. Las aguas son transparentes, por lo tanto la radiación solar puede penetrar a varios metros de profundidad. En cambio los suelos sólidos son opacos, por lo que el calor es absorbido solo por la superficie y se calientan o enfrían mucho más que las aguas. El calor específico (que se define como el calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de sustancia en 1ºC, entre 14.5 y 15.5ºC) es casi tres veces mayor para el agua que para tierras ( c agua =1 cal/g K, c agua = 3c tierra ).

14. La evaporación (que es un proceso de enfriamiento) desde las superficies de aguas es, obviamente, mayor que desde suelos, por lo tanto la temperatura del aire de la superficie del agua se calientan menos que las de suelo sólido.

15. Variación anual de temperatura °C Latitud HS HN 15 4 3 30 7 13 45 6 23 60 11 30 75 26 32 90 31 40 Tabla de Variación anual de temperatura en ambos hemisferios

16. Zonas de clima solar a. Zona tropical Comprendida entre los trópicos, se caracteriza por presentar dos máximos y dos mínimos de radiación, correspondiente a los equinoccios y los solsticios. Dos veces al año se observa que la radiación del brillo solar en el Ecuador es siempre de 12 horas y en los trópicos oscila entre 10,5 horas en invierno y 13,5 horas, en verano. b. Zonas templadas Se encuentra en ambos hemisferios, entre los trópicos y el círculo polar. Anualmente existe un máximo y un mínimo de radiación solar: la duración del brillo solar astronómicamente posible oscila entre 0 y 24 horas a lo largo del círculo polar y entre 10.5 y 13.5 horas en los trópicos. El ángulo de elevación solar disminuye en dirección a los polos.

17. c. Zonas polares Se encuentra en ambos hemisferios, se extienden desde el círculo polar (66º33º N y S) hasta los polos. La oscilación anual de la duración del brillo solar astronómicamente posible aumenta en dirección a los polos, donde existe medio año de día y medio año de noche. Las zonas de clima solar dan la base para la distribución de los climas sobre la tierra, pero la distribución de la radiación en la superficie terrestre depende de otros factores, tales como los elementos astronómicos, la nubosidad, el albedo, la distribución de océanos y continentes, del intercambio de calor con la atmósfera.

18. Corrientes oceánicas Un esquema de las grandes corrientes oceánicas se ve. Las corrientes superficiales son la base oceánica de los vientos. En las superficies de aguas, se transfiere energía desde los movimientos del aire al agua por fricción.

19. Altura sobre el nivel del mar La temperatura disminuye 6.5ºC/Km en la troposfera, por lo tanto debería esperarse que los lugares más altos tengan menores temperaturas. Pero la disminución no es en esa cantidad, ya que la superficie también se calienta, haciendo que en las tierras altas la disminución de temperatura sea menor.

20. Por lo tanto los lugares más altos generalmente tienen una mayor amplitud diaria de temperatura del aire que las tierras más bajas.

21. Ubicación geográfica Las regiones costeras sienten el efecto moderador del mar: cuando el viento sopla desde el mar hacia la costa, las regiones costeras tienen regímenes de temperatura con amplitudes diarias y anuales menores que las regiones continentales a la misma latitud. Si el viento sopla desde el continente hacia el mar en zonas costeras el efecto no es notorio ya que el aire se mueve sobre una superficie común.

22. Cubierta de nubes y albedo Las observaciones de satélites revelan que casi la mitad del planeta está cubierto de nubes en cualquier instante (figura), entonces la cobertura nubosa tiene un efecto sobre la distribución de temperatura de un lugar.

23. Las nubes pueden tener un alto albedo y reflejar una gran cantidad de radiación solar incidente, esto reduce la cantidad de radiación solar que llega a la superficie, disminuyendo la temperatura de las capas bajas durante el día.

24. ULTIMOS ESTUDIOS DE LA TEMPERATURA EN LA TIERRA

25. El clima de la tierra se ha venido calentando a lo largo de los últimos 50 años, y la pasada década fue la más calurosa de la historia, de acuerdo a un informe elaborado recientemente por la Asociación Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA). Este estudio del clima, titulado State of the Climate in 2009 , fue publicado el 28 de Julio y se basa en las aportaciones de más de 300 científicos de 160 grupos de investigación en 48 países.

26. El informe examina 10 indicadores clave del clima, que indican que el mundo se está calentando. Siete indicadores van en aumento: la temperatura del aire sobre la tierra, las temperaturas superficiales del mar, las temperaturas del aire sobre los océanos, nivel del mar, el contenido de calor del océano, la humedad y las temperaturas en la troposfera, la capa de tiempo activo de la atmósfera que está más cerca de la superficie de la Tierra.

27. La temperatura del aire constituye una de las variables meteorológicas importantes en el estudio del tiempo y el clima. Desde el punto de vista ecológico, la temperatura, junto con la humedad controla el crecimiento y la distribución de los organismos sobre la superficie terrestre.

28. Desiertos áridos pueden convertirse en productivos mediante la irrigación, pero el inconveniente de una temperatura excesivamente alta o baja no puede ser controlado eficientemente, excepto en pequeñas extensiones, por eso es que se considera a la temperatura del aire como el elemento climatológico más importante y se dedica especial atención y cuidado en su determinación.

29. El calentamiento y enfriamiento del aire que se encuentra inmediatamente sobre el suelo es el resultado de los intercambios de calor que tiene lugar entre estas dos masas, que se produce básicamente a través de los fenómenos de conducción y convección.

30. Conducción Cuando el balance de radiación es positivo, la superficie del suelo esta más caliente que el aire y el calor disponible se trasmite por contacto, del suelo a las moléculas de la sub capa laminar del aire.

31. Cuando el balance de radiación comienza a disminuir, se establece un flujo de calor por conducción desde el aire hacia la superficie, produciendo un enfriamiento del aire iniciándose por las capas que se encuentran en contacto con el suelo.

32. Factores que intervienen en la temperatura del aire La temperatura del aire, que se mide con el termómetro de mercurio o el termógrafo, sufre variaciones dependiendo de diversos factores, entre los que podemos destacar los siguientes:

33. Variación diurna Se define como el cambio de temperatura entre el día y la noche, producido por la rotación de la Tierra. Durante el día la radiación solar es, en general, mayor que la terrestre, por lo tanto la superficie de la Tierra se torna más caliente.

34. Dicho enfriamiento continúa hasta la salida del sol. Por lo tanto, la temperatura mínima ocurre generalmente poco antes de la salida del sol.

35. Variación estacional Esta variación se debe a la inclinación del eje terrestre y el movimiento de traslación de la Tierra alrededor del sol. El ángulo de incidencia de los rayos solares varía, estacionalmente, en forma diferente para los dos hemisferios.

36. Variación con la latitud La mayor inclinación de los rayos solares en altas latitudes, hace que éstos entreguen menor energía solar sobre estas regiones, siendo mínima dicha entrega en los polos. Sin embargo, en el Ecuador los rayos solares llegan perpendiculares, siendo allí máxima la entrega energética.

37. Variaciones con el tipo de superficie En primer lugar la distribución de continentes y océanos produce un efecto muy importante en la variación de la temperatura, debido a sus diferentes capacidades de absorción y emisión de la radiación.

38. Variaciones con la altura A través de la primera parte de la atmósfera, llamada troposfera, la temperatura decrece con la altura. Este decrecimiento se define como Gradiente vertical de Temperatura es en promedio de 6,5ºC/1000m.

39. A mayor altitud menor temperatura. -A mayor altitud menor humedad (baja higrometría). A mayor altitud menor protección contra la radiación solar. A mayor altitud menor resguardo contra el viento. A mayor altitud menor contaminación. -A mayor altitud menos población. -A mayor altitud mas silencio.

40. Sin embargo, ocurre a menudo que se registra un aumento de la temperatura con la altura: Inversión de temperatura. Durante la noche la Tierra irradia (pierde calor) y se enfría mucho más rápido que el aire que la circunda; entonces, el aire en contacto con ella será más frío mientras que por encima la temperatura será mayor.

41. Magnitud de la variación diaria de temperatura. La magnitud de los cambios diarios de temperatura es variable y está influenciada por la ubicación de la estación o por condiciones locales del tiempo o ambas.

42. Las nubes regulan el cambio diario de temperatura disminuyendo la amplitud térmica respecto a días despejados, ya que durante el día reducen el calentamiento al no dejar pasar la radiación solar y en la noche evitan la pérdida de radiación desde el suelo y el aire y la reemiten hacia la superficie, reduciendo el grado de enfriamiento.

43. Medición de la Temperatura

44. Los cambios de temperatura se miden a partir de los cambios en las otras propiedades de una sustancia, con un instrumento llamado termómetro, de los cuales existen varios tipos. El termómetro mecánico se basa en la propiedad de dilatación con el calor o contracción con el frío de alguna sustancia.

45. Termómetro de mercurio para medir temperaturas en el rango que se encuentran comúnmente en la atmósfera.

46. Termómetro de máxima para medir la máxima diaria, es de mercurio. Los termómetros que miden la temperatura del cuerpo son de máxima. Termómetro de mínima para medir la mínima diaria. Como el mercurio se congela a -39º C, para asegurarse de medir temperaturas menores que estas, se usan los termómetros de alcohol, que se congela a –130º C.

47. Termógrafo: instrumento que registra en forma continúa la temperatura, se muestra en la figura de abajo; el registro se llama termograma . La medición de temperatura se realiza a través de un elemento sensible bimetálico que está conectado a un sistema de transmisión y amplificación el cual posee un brazo inscriptor con un plumón de tinta en su extremo registrando los cambios de temperatura sobre el termograma .

48. Estos instrumentos deben ser ubicados en lugares que aseguren una correcta medición de la temperatura, por ejemplo no deben estar expuestos directamente al Sol, debido a que el aparato absorbe más eficientemente la radiación solar que el aire.

49. En una estación meteorológica, los termómetros se ubican en la garita de instrumentos, que es una caseta pintada de blanco, con paredes de celosías a manera de persianas, que permiten la circulación libre del aire y protege los instrumentos del Sol, la lluvia, el viento, etc.; el fondo de la caseta esta formado por un doble piso de madera.

50. Para evitar el calor directo desde la tierra, se ubica a 1,5 m del suelo y para eliminar cualquier influencia que pudiera alterar las mediciones, se instala en lugares lo más libre posible de irregularidades topográficas, bosques, construcciones, etc. y pensando que estas condiciones se van a mantener a lo largo del tiempo en el fututo, de modo que las mediciones sean representativas del lugar y no se alteren por los cambios del entorno. La ubicación de la garita es estándar en todo el planeta, en el hemisferio sur la puerta debe abrirse hacia el sur.

51. Geotermómetros Sirven para medir la temperatura del suelo, a diferentes profundidades, generalmente a 2, 5, 10, 20, 50 y 100 cm. El suelo debe estar cubierto con gras y rastrojos, a veces es necesario conocer los valores de temperatura en condiciones de suelo desnudo. Las observaciones deben realizarse en suelos representativos, no disturbados, bien nivelados y no sujetos a inundaciones

52. Temperatura del suelo La superficie del suelo, con o sin vegetación, es la principal receptora y absorbente de la radiación solar y de la radiación atmosférica, siendo también emisora de radiación. El balance de radiación, variable en el curso del día y del año, produce las variaciones respectivas de temperatura del suelo y del aire.

53. La temperatura mínima del suelo tiene lugar en el momento en que el balance de radiación pasa de negativo a positivo luego, se incrementa ocurriendo la máxima, cuando el balance es máximo; a partir de este momento, comienza a disminuir. Los suelos orgánicos presentan una baja difusibilidad térmica debido a su mayor porosidad; además con la profundidad disminuye la amplitud de la temperatura, produciéndose un retraso progresivo de los momentos de ocurrencia de las temperaturas extremas

54. HELADAS En muchas regiones del mundo las heladas constituyen un verdadero factor limitante para la producción agrícola y donde éstas son frecuentes, afecta la distribución de las especies naturales y cultivadas, determinando el modo y tipo de cultivos de una región. El fenómeno de la helada como contingencia agrícola ocurre cuando la temperatura del aire desciende a valores tan bajos que produce la muerte de las plantas. La helada es un proceso a través del cual los cristales de hielo son depositados sobre las superficies expuestas o se forman dentro de los tejidos del vegetal, como consecuencia de que la temperatura ha descendido por debajo del punto de congelación del agua.

55. Tipos de Heladas Se divide en tres grupos: heladas según su origen heladas según época heladas según apariencia

56. Heladas según su origen Heladas d Advección Son provocadas por una invasión de aire frío procedente de otras regiones, se presentan frecuentemente en zonas de climas templados que se encuentran bajo la influencia del movimiento de masas de aire procedentes de los polos que se desplazan sobre extensiones muy grandes, persistiendo por varios días provocando serios daños en la agricultura. 2. Heladas de Radiación Son más localizadas que las de advección, afecta exclusivamente al microclima. Se presentan en condiciones de aire en calma o con vientos muy flojos, el cielo se presenta limpio debido a la escasez de vapor de agua facilitan las pérdidas de calor por irradiación desde la superficie, constituye una característica esencial cuya estabilidad atmosférica impide la mezcla turbulenta con capas superiores de mayor temperatura. En las laderas el aire más frío y más denso, drena hacia las partes más bajas de los valles y planicies a través de un flujo laminar, dando como resultado que las heladas sean más intensas y más frecuentes en las partes más bajas y en las depresiones del terreno. 3. Heladas Mixtas se producen cuando la advección y la irradiación ocurren en forma simultánea. Otras veces, cuando el proceso de irradiación es fuerte. En otros casos, los procesos de advección no llegan a producir heladas, pero contribuye a la formación de heladas de irradiación.

57. Heladas según la época 1. Heladas invernales Son las que presentan en el invierno, provocan menos daños en los climas templados y fríos debido a que esta época la mayor parte de las plantas se hallan en reposo. Sin embargo, en zonas tropicales, los daños pueden ser de gran consideración, especialmente en plantas perennes como el cafeto, los daños son debidos a la falta de reposo significa en el invierno y a su baja tolerancia al frío. 2. Heladas de primavera Las de primavera o tardías son las que se presentan después de haber finalizado el invierno en los climas templados y fríos; son muy perjudiciales puesto que encuentran a las plantas en estado activo con surgimiento de brotes, botones florales y frutos.

58. 3. Heladas otoñales Se presentan en otoño antes de iniciarse el invierno pueden ser dañinas cuando todavía existe vegetación activa. Los fríos prematuros en otoño pueden interrumpir bruscamente el proceso de maduración de frutos, ramas florales y de otros órganos, de cuyo conjunto depende la producción del año siguiente.

59. Heladas según la apariencia Escarcha o helada blanca Se conoce con el nombre de helada blanca o escarcha a la presencia de hielo cristalino sobre la superficie de las hojas de las plantas y sobre otros objetos expuestos a la irradiación nocturna. Esto ocurre cuando la temperatura desciende hasta el punto de saturación del vapor de agua. En estas circunstancias el vapor de agua pasa directamente al estado sólido, formando cristales en forma de escamas o agujas. 2. Helada negra Ocurre cuando existe bajo contenido de vapor de agua en la atmósfera, de tal forma que la temperatura desciende por debajo de 0º C, sin alcanzar al punto de saturación; por tanto, no hay formación de escarcha sobre las plantas; si no que el hielo se forma del agua de los espacios intercelulares, que tiene menor concentración osmótica. El hielo, por tener menor tensión de saturación, se comporta como una sustancia higroscópica; por otro lado, el incremento de volumen, asociado a la cristalización del agua bajo la forma de agujas, ejercen presión en las paredes celulares, las que finalmente se rompen.