EL EQUILIBRIO DE FUERZAS EN LA ATMÓSFERA: VIENTOS (2)

1. Física Ambiental Aplicada EL EQUILIBRIO DE FUERZAS EN LA ATMÓSFERA: VIENTOS (2) Antonio J. Barbero Dpto. Física Aplicada UCLM

2. Física Ambiental Aplicada VIENTO GEOSTRÓFICO El viento geostrófico es el resultado del equilibrio entre la fuerza de presión y la fuerza Coriolis. La fuerza de Coriolis desvía el flujo hasta que éste llega a ser paralelo a las isobaras cuando su módulo llega a ser tan grande como el módulo de la fuerza de presión. En todo lo que sigue hablamos de fuerzas por unidad de masa Condición equilibrio (Hemisferio Norte) F. presión (f. bárica) f. Coriolis Velocidad La fuerza de presión incrementa poco a poco la velocidad: esto hace crecer poco a poco la fuerza de Coriolis. Factor de Coriolis Viento geostrófico Velocidad del viento geostrófico en función de la altura sobre la superficie Trayectoria de una masade aire inicialmente en reposo y sometida a la fuerza bárica. La fuerza de Coriolis se va incrementa a medida que aumenta la velocidad Además, este incremento cambia el módulo de la velocidad y también su dirección Observación importante: la condición de equilibrio para la que hemos deducido la velocidad vG del viento geostrófico se cumple estrictamente sólo cuando las isobaras son paralelas entre si. Ec. hidrostática

3. Física Ambiental Aplicada VIENTO DEL GRADIENTE. CIRCULACIÓN CICLÓNICA. El viento del gradiente es el resultado del equilibrio entre la fuerza de presión, la fuerza Coriolis y la fuerza centrífuga. Constituye una buena aproximación al viento real. HEMISFERIO NORTE Circulación ciclónica f. bárica B centrífuga En el sistema acelerado la fuerza bárica equilibra la suma de Coriolis y centrífuga. B Solución con flujo ciclónico Solución con flujo anticiclónico: circulación ANTICICLÓNICA alrededor de la baja presión. Esta solución corresponde a fuerza bárica y fuerza de Coriolis apuntando hacia adentro, y compensadas por una fuerza centrífuga dirigida hacia fuera. B (algunos huracanes, tornados) BAJA ANÓMALA

4. Física Ambiental Aplicada VIENTO DEL GRADIENTE. CIRCULACIÓN ANTICICLÓNICA. El viento del gradiente es el resultado del equilibrio entre la fuerza de presión, la fuerza Coriolis y la fuerza centrífuga. Constituye una buena aproximación al viento real. HEMISFERIO NORTE A Circulación anticiclónica f. presión A centrífuga En el sistema acelerado la fuerza Coriolis equilibra la suma de bárica y centrífuga. Solución flujo anticiclónico Solución con flujo ciclónico: circulación CICLÓNICA alrededor de la alta presión. Esta solución es IMPOSIBLE, porque el diagrama de fuerzas asociado correspondería a fuerza bárica fuerza de Coriolis y fuerza centrífuga apuntando todas hacia afuera. De forma que no habría modo de equilibrarlas en el sistema acelerado. A IMPOSIBLE

5. Física Ambiental Aplicada EJEMPLO 1. El mapa de isobaras de la figura corresponde a 45º de latitud norte. Estimar la velocidad del viento del gradiente en los puntos 1 y 2. Densidad del aire 1.2 kg·m-3. Aplicación de la fórmula del viento del gradiente. Sistema ciclónico. 1 2 B Factor Coriolis a 45º N 992 25 km 1000 Cálculos punto 1 Situado entre las isobaras de 992 mb y 996 mb 25 km

6. Física Ambiental Aplicada EJEMPLO 1. El mapa de isobaras de la figura corresponde a 45º de latitud norte. Estimar la velocidad del viento del gradiente en los puntos 1 y 2. Densidad del aire 1.2 kg·m-3. Aplicación de la fórmula del viento del gradiente. Sistema ciclónico. 1 2 B Factor Coriolis a 45º N 992 25 km 1000 Cálculos punto 2 Situado entre las isobaras de 996 mb y 1000 mb 25 km 2 6

7. Física Ambiental Aplicada Escala de Beaufort de la Fuerza de los Vientos http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_de_Beaufort

8. Física Ambiental Aplicada EJEMPLO 2. Las latitudes de los puntos 1 y 2 de la figura son 50º N y 40º N respectivamente. Estimar la velocidad del viento del gradiente en cada uno de ellos. Densidad del aire 1.2 kg·m-3. Aplicación de la fórmula del viento del gradiente. Sistema anticiclónico. 1 Cálculos punto 1 Factor Coriolis a 50º N A 1024 100 km 1020 2 100 km Situado entre las isobaras de 1024 mb y 1020 mb Estimación gráfica 

9. Física Ambiental Aplicada EJEMPLO 2. Las latitudes de los puntos 1 y 2 de la figura son 50º N y 40º N respectivamente. Estimar la velocidad del viento del gradiente en cada uno de ellos. Densidad del aire 1.2 kg·m-3. Aplicación de la fórmula del viento del gradiente. Sistema anticiclónico. 1 Cálculos punto 2 Factor Coriolis a 40º N A 1024 100 km 1020 2 100 km Situado entre las isobaras de 1024 mb y 1020 mb Estimación gráfica  9

10. Tema 5, problema resuelto 3 / p1 Viento geostrófico: equilibrio entre fuerza bárica y Coriolis a) Esquema de fuerzas en la borrasca Factor Coriolis B Datos: Observación importante: el viento geostróficovG corresponde a isobaras paralelas, pues en esa situación el radio de curvatura tiende a infinito y la fuerza centrífuga tiende a cero. Nótese que en el esquema anterior las isobaras no son paralelas. Por eso para describir el viento real hay que emplear el concepto de viento del gradiente (véase apartado b).

11. Tema 5, problema resuelto 3 / p2 b) Viento del gradiente. Circulación ciclónica. Descripción más aproximada del viento real en la borrasca, porque ahora tenemos en cuenta la curvatura de las isobaras y la fuerza centrífuga. B c) Vemos que el efecto de introducir la fuerza centrífuga es que la velocidad del viento del gradiente es menor que la del viento geostrófico calculada en el apartado anterior (subgeostrófico).

12. Tema 5, problema resuelto 3 / p3 d) Fuerzas del viento del gradiente (por unidad de masa) e, f) La solución negativa* quiere decir la correspondiente a una baja anómala, en la que la suma de fuerza bárica y fuerza de Coriolis es equilibrada por la fuerza centrífuga. Flujo (baja anómala) B *El enunciado se refiere a una solución negativa porque el valor numérico de la velocidad también puede obtenerse del mismo razonamiento del que dedujimos la ecuación de la baja normal pero con signo negativo en la raíz cuadrada, lo cual puede interpretarse como flujo anticiclónico.