INTRODUCCIN A LA DINMICA ATMOSFRICA

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INTRODUCCIÓN A LA DINÍMICA ATMOSFÉRICA
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• Objetivo de la dinámica
• El estudio del movimiento del aire en la
  atmósfera, sus causas y evolución futura.
  Constituye la base teórica de la predicción del
  tiempo atmosférico

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• Ecuaciones del movimiento
• Ley de Newton

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Tipos de Fuerza

• Tipos de fuerza en la atmósfera
• El peso (gravedad)

Gravedad
- mg
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Fuerza del gradiente de presión

• La presión

B
A
(peso/área de la columna A) pA
pB (peso/área de la columna B)
pA gt pB
FGP
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Fuerza del gradiente de presión
Fuerza del gradiente de presión
FGP - (1/?) (?p/?n) ? es la densidad del
aire ? p es la diferencia de presión ? n es la
distancia entre los observatorios
1014
1012
(por unidad de masa)
Tiene aplicación a los mapas del
tiempo..............
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Fuerza del gradiente de presión
Ignoremos la densidad P 4 mb/100
km P 8 mb/100 km cuanto más juntas
están las isobaras, mayor es la
fuerza del gradiente de presión
1012
1016
1020
1012
1016
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Fuerza del gradiente de presión

• Como es un vector, la fuerza de gradiente de
  presión tiene 3 componentes 2 en el plano
  horizontal y una en la vertical
• FGPx -(1/?) (?p/?x)
• FGPy -(1/?) (?p/?y)
• FGPz -(1/?) (?p/?z)

Como ya se vio en su momento en condiciones de
equilibrio hidrostático FGPz -g. Ecuación
válida en procesos a gran escala
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Fuerzas no inerciales

• Fuerza de Coriolis

Como se mueve la pelota ? En línea recta o
curva
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Fuerzas no inerciales fuerza de Coriolis

• Si has dicho línea curva Es que hay una fuerza
  que hace que la trayectoria se curve La fuerza
  de Coriolis
• A que se debe ? Pues a que el experimento lo
  hacemos en un sistema en rotación gt Es un
  sistema no inercial. Nosotros vemos moverse al
  aire desde un sistema no inercial La tierra en
  rotación respecto del eje polar, y por tanto
  necesitamos introducir en las ecuaciones del
  movimiento la fuerza de Coriolis

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Fuerzas no inerciales fuerza de Coriolis

• La Tierra gira con una velocidad W 2p radianes
  en 86400 segundos respecto del eje polar. Desde
  el punto de vista de un observador situado a una
  latitud f la tierra aparentemente gira con una
  velocidad W seno f. De tal forma que en el
  ecuador (f0, seno f 0) la velocidad de
  rotación aparente es cero y en el polo W (f p/2,
  seno p/21)

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Fuerzas no inerciales fuerza de Coriolis

• Hemos visto que la mesa se mueve en el sentido de
  las agujas del reloj y que la pelota se mueve
  hacia la izquierda respecto de la dirección en
  que es lanzada
• La tierra gira en sentido contrario a las agujas
  del reloj (en el hemisferio norte) y por tanto la
  fuerza de Coriolis actúa hacia la derecha en
  dicho hemisferio

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Fuerzas no inerciales fuerza de Coriolis

• Que pasa con una globo que lanzamos desde
  Badajoz, que está a una latitud f. Según hemos
  dicho antes para un observador situado en
  Badajoz, la tierra gira aparentemente(respecto de
  la vertical del lugar) con una velocidad angular
  W seno(f). Así pues es como si estuviésemos
  sentados en una mesa que gira con una velocidad
  angular más baja que en el polo, pero que de
  todas formas gira. Por lo que el globo tenderá a
  virar hacia la derecha, independientemente de la
  dirección horizontal en la que se lance. Que
  pasa si estamos en el Ecuador ?

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Fuerzas no inerciales fuerza de Coriolis

• Para que aparezca la fuerza de Coriolis es
  necesario que el aire se mueva respecto de la
  Tierra (al igual que lo hace la pelota en el
  tiovivo). Esto es la velocidad relativa del aire
  debe de ser distinta de cero. Se puede ver que
  la fuerza de Coriolis vale por unidad de masa
  (módulo)
• FC -2 W seno (f) v
  
• Siendo v la velocidad relativa

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Fuerzas no inerciales fuerza Centrífuga

• Esta fuerza la hemos notado todo el mundo. Basta
  que montemos en autobus. Que pasa al entrar en la
  rotonda un poco deprisa. Pues tendemos a irnos
  hacia el lado contrario respecto a la dirección
  en la que vira el autobus Es la fuerza
  centrifuga. Esta misma fuerza centrifuga la
  sentimos cuando gira la tierra respecto de su eje
  de rotación. Es la responsable de la forma
  achatada de la Tierra.

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Aceleración Centrípeta
En la realidad, la trayectoria del viento no es
rectilínea.
Vista desde arriba el cuerpo se mueve en línea
recta hasta que la pared lo impide
Vista desde el interior el cuerpo se desplaza
hacia la izquierda cuando el coche gira a la
derecha.
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Rozamiento

• Además de las fuerzas que acabamos de ver,
  practicámente todos los objetos que se mueven
  sufren algún tipo de rozamiento. Lo mismo le pasa
  al aire. Al moverse respecto del suelo sufre
  rozamiento con el mismo. Lo mismo sucede cuando
  algunas capas de aire se mueven unas respecto de
  las otras. El mayor rozamiento se da cerca del
  suelo, debido a la presencia de éste.

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• Juntando todas las fuerzas tenemos
• F FGP FCO FCE FRG

y la ecuación de Newton resulta ser
a FGP FCO FCE FRG
19
Análisis de escala
20
(No Transcript)
21
Escala sinóptica
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Análisis de escala
Escala sinóptica
Dp/rL
U/(L/U)
2WU
W/(L/U)
Dp/rH
2WU
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Análisis de escala

• A escala sinóptica
• Equilibrio entre la fuerza horizontal del
  gradiente de presión y la fuerza de Coriolis gt
  Atmósfera geostrófica
• Equilibrio entre la componente vertical del
  gradiente de presión y la gravedad gt Atmósfera
  hidrostática

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Viento geostrófico
fuerza neta FGPH Co
B
900 mb
904 mb
908 mb
A
Comencemos en reposo -- cuáles son las fuerzas
en la burbuja?
25
Viento geostrófico
B
900 mb
904 mb
FGP
908 mb
A
Inicialmente la fuerza de Coriolis es nula, pero
al comenzar a ascender la burbuja, la fuerza de
Coriolis deja de ser nula. Al aumentar la
velocidad de la burbuja aumenta la fuerza de
Coriolis.
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Viento geostrófico
B
900 mb
V
FGP
904 mb
Co
908 mb
A
La FGP todavía supera a la de Coriolis. La
burbuja sigue incrementando su velocidad y la
fuerza de Coriolis continúa aumentando en módulo
y provocando que la burbuja se desvíe hacia la
derecha (en el hemisferio norte).
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Viento geostrófico
B
900 mb
FGP
V
904 mb
Co
908 mb
A
En algún momento la FGP y la Coriolis se
anularán. Entonces la burbuja continuará
moviéndose de modo rectilíneo y
uniforme (recordemos que hemos supuesto que el
rozamiento es nulo) Esto se conoce como
Viento geostrófico
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Viento geostrófico
Badajoz
cuál es el viento geostrófico sobre Badajoz?
700
704
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Viento geostrófico
A
V
B
Badajoz
FGP
Co
700
704
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Efecto de rozamiento
Cerca del suelo, los efectos del rozamiento son
apreciables
Fr
FGP
Co
A
B
V
El rozamiento tiende a reducir la velocidad y con
ello la fuerza de Coriolis. Como consecuencia
las fuerzas ya no se anulan.
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Efecto de rozamiento
Cerca del suelo, los efectos del rozamiento son
apreciables
Fr
FGP
Co
A
B
V
El rozamiento tiende a reducir la velocidad y con
ello la fuerza de Coriolis. Como consecuencia
las fuerzas ya no se anulan.
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Efecto del rozamiento
Circulación ciclónica
Pero, el aire debe ir a algún sitio ...
B
B

• convergencia
• Ascenso del aire
• Mal tiempo

Winds are directed toward low pressure.
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Efecto del rozamiento
Circulación anticiclónica
Pero, el aire venir de algún sitio ...
A
A

• divergencia
• Caída, descenso del aire
• buen tiempo

Winds are directed toward low pressure.
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Aceleración Centrípeta
En la realidad, la trayectoria del viento no es
rectilínea.
Vista desde arriba el cuerpo se mueve en línea
recta hasta que la pared lo impide
Vista desde el interior el cuerpo se desplaza
hacia la izquierda cuando el coche gira a la
derecha.
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Aceleración centrípeta
Esta fuerza ficticia se llama fuerza
centrífuga y es consecuencia del giro del coche.
Esta fuerza siempre actúa hacia afuera.
por qué la bola del extremo de la cuerda no
sigue una trayectoria rectilínea? La única
fuerza que apreciamos es la tensión de la cuerda
La aceleración resultante se conoce con el nombre
de aceleración centrípeta.
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Aceleración centrípeta
Desde la perspectiva de la bola (o de alguien
dentro de un coche en una curva), parece que hay
una fuerza empujando hacia afuera. Ésta es la
fuerza centrífuga (Fc) y se manifiesta en todo
objeto en rotación.
aceleración centrípeta
Fuerza centrífuga
Para un movimiento uniforme, la fuerza centrífuga
se anula con la tensión de la cuerda.
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Flujo en torno a un centro de bajas presiones
En este ejemplo, la fuerza centrífuga se suma a
la de Coriolis. Para que la fuerza neta sea nula,
la FGP debe igualar la suma de las
otras dos. Puesto que la FGP no varía, la de
Coriolis debe ser menor que para el flujo no
curvo (geostrófico). Puesto que la fuerza de
Coriolis es menor y ésta es proporcional a
la velocidad, ésta debe ser menor. Por tanto, la
velocidad del viento en torno a una baja es menor
que el flujo rectilíneo con una misma FGP. Este
flujo se llama subgeostrófico.
B
FGP
Fc
Co
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Flujo en torno a un centro de altas presiones
A
Ahora la fuerza centrífuga se suma a la FGP. Para
anular esta suma la fuerza de Coriolis debe ser
mayor que para el flujo no curvo (geostrófico).
Puesto que la fuerza de Coriolis es mayor y ésta
es proporcional a la velocidad, ésta debe ser
mayor. Por tanto, la velocidad del viento
en torno a una alta es mayor que el flujo
rectilíneo con una misma FGP. Este flujo se llama
supergeostrófico.
Co
Fc
FGP
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Máximos gradientes de presión Alta
A
Con grandes gradientes de presión en torno a una
alta, la fuerza de Coriolis debe compensar las
fuerzas centrífuga y del gradiente de presión
(grande). Cuando la componente horizontal de la
FGP supera un cierto límite, la fuerza de
Coriolis no puede anular la suma de las fuerzas
centrífuga y del gradiente de presión, y el flujo
circular no se podría mantener. No hay fuertes
gradientes de presión cerca de un centro de altas
Co ?
Fc
FGP
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Máximos gradientes de presión Baja
B
Con grandes gradientes de presión en torno a una
alta, las grandes FGP deben anular las fuerzas
centrífugas y de Coriolis. Teóricamente no hay
límite para la componente horizontal de la
fuerza del gradiente de presión, por lo que ésta
puede anular la suma de las fuerzas centrífuga y
de Coriolis y el flujo circular podría
mantenerse. Puede haber fuertes gradientes de
presión cerca de un centro de bajas
FGP
Fc
Co
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Superficies de presión
Dibujo hipotético de una superficie de 500 mb
42
Vaguada
Dorsal