Meteorología

Movimiento de rotación

Es un movimiento que efectúa la Tierra girando sobre sí misma de oeste a este a lo largo de un eje imaginario denominado eje terrestre que pasa por sus polos. Una vuelta completa, tomando como referencia a las estrellas, dura 23 horas con 56 minutos y 4 segundos y se denomina día sidéreo. Si tomamos como referencia al Sol, el mismo meridiano pasa frente a nuestra estrella cada 24 horas, llamado día solar. Los 3 minutos y 56 segundos de diferencia se deben a que en ese plazo de tiempo la Tierra ha avanzado en su órbita y debe girar algo más que un día sideral para completar un día solar.

La primera referencia tomada por el hombre fue el Sol, cuyo movimiento aparente, originado en la rotación de la Tierra, determina el día y la noche, dando la impresión que el cielo gira alrededor del planeta. En el uso coloquial del lenguaje se utiliza la palabra día para designar este fenómeno, que Movimiento de rotación en astronomía se refiere como día solar y se corresponde con el tiempo solar.

Movimiento de traslación

Es un movimiento por el cual el planeta Tierra gira en una órbita alrededor del Sol. En 365 días con 6 horas, esas 6 horas se acumulan cada año, transcurridos 4 años, se convierte en 24 horas (1 día). Cada cuatro años hay un año que tiene 366 días, al que se denomina año. La causa de este movimiento es la acción de la gravedad, y origina una serie de cambios que, al igual que el día, permiten la medición del tiempo. Tomando como referencia el Sol, resulta lo que se denomina año tropical, lapso necesario para que se repitan las estaciones del año. Dura 365 días, 5 horas, 48 minutos y 45 segundos. El movimiento que describe es una trayectoria elíptica de 930 millones de kilómetros, a una distancia media del Sol de prácticamente 150 millones de kilómetros ó 1 U.A. (Unidad Astronómica: 149 675 000 km). De esto se deduce que la Tierra se desplaza con una rapidez media de 106 200 km/h (29,5 km/s)

Esquema de la traslación de la Tierra alrededor del Sol.

La trayectoria u órbita terrestre es elíptica. El Sol ocupa uno de los focos de la elipse y, debido a la excentricidad de la órbita, la distancia entre el Sol y la Tierra varía a lo largo del año. En los primeros días de enero se alcanza la máxima proximidad al Sol, produciéndose el perihelio, donde la distancia es de 147,5 millones de km,1 mientras que en los primeros días de julio se alcanza la máxima lejanía, denominado afelio, donde la distancia es de 152,6 millones de km.

Como se observa en el gráfico de arriba, el eje terrestre forma un ángulo de unos 23,5º respecto a la normal de la eclíptica, fenómeno denominado oblicuidad de la eclíptica. Esta inclinación, combinada con la traslación, produce sendos largos períodos de varios meses de luz y oscuridad continuadas en los polos geográficos, además de ser la causa de las estaciones del año, derivadas del cambio del ángulo de incidencia de la radiación solar.

Movimiento de precesión

La precesión de los equinoccios (el cambio lento y gradual en la orientación del eje de rotación de la Tierra) se debe al movimiento de precesión de la Tierra causado por el momento de fuerza ejercido por el sistema Tierra-Sol en función de la inclinación del eje de rotación terrestre con respecto al Sol (alrededor de 23,43°).

La inclinación del eje terrestre varia de 23º a 27º, ya que depende (entre otras causas) de los movimientos telúricos. En febrero del 2010, se registró una variación del eje terrestre de 8 centímetros aproximadamente, por causa del terremoto de 8,8° Richterque afectó a Chile. En tanto que el maremoto y consecuente tsunami que azotó al sudeste asiático en el año 2004, desplazó 17,8 centímetros al eje terrestre.2

Debido a lo anterior, la duración de una vuelta completa de precesión nunca es exacta; no obstante, los científicos la han estimado en un rango aproximado de entre 25 700 y 25 900 años. A este ciclo se le denomina año platónico.

Movimiento de nutación. La precesión se acompaña de una oscilación del eje de rotación hacia abajo y hacia arriba, que recibe el nombre de nutación.

La precesión es aún más compleja si consideramos un cuarto movimiento: la nutación. Esto sucede con cualquier cuerpo simétrico o esferoide girando sobre su eje; un trompo (peonza) es un buen ejemplo, pues cuando cae comienza la precesión. Como consecuencia del movimiento de caída, la púa del trompo se apoya en el suelo con más fuerza, de modo que aumenta la fuerza de reacción vertical, que finalmente llegará a ser mayor que el peso. Cuando esto sucede, el centro de masa del trompo comienza a acelerar hacia arriba. El proceso se repite, y el movimiento se compone de una precesión acompañada de una oscilación del eje de rotación hacia abajo y hacia arriba, que recibe el nombre de nutación.

Para el caso de la Tierra, la nutación es la oscilación periódica del polo de la Tierra alrededor de su posición media en la esfera celeste, debido a las fuerzas externas de atracción gravitatoria entre la Luna y el Sol con la Tierra. Esta oscilación es similar al movimiento de una peonza (trompo) cuando pierde fuerza y está a punto de caerse.

La Tierra se desplaza unos nueve segundos de arco cada 18,6 años, lo que supone que en una vuelta completa de precesión, la Tierra habrá realizado 1385 bucles.

La causa de las estaciones

En este esquema se puede apreciar la inclinación del eje terrestre a medida que la tierra gira alrededor del sol, provocando las estaciones y los llamados solsticios y equinoccios.

Contrariamente a la creencia popular, la sucesión de las estaciones no se debe a que la órbita de la Tierra sea levemente elíptica y que en su movimiento se aleje y acerque al Sol, ya que la diferencia entre el punto más lejano de su órbita (afelio) y el punto más cercano (perihelio) es de apenas 2.499.971 km (el 3,4% de la distancia).2 Por lo que esto tiene un efecto prácticamente imperceptible en el clima.

Las estaciones se deben a la inclinación del eje de giro de la Tierra respecto al plano de su órbita respecto al Sol. Este eje se halla siempre orientado en la misma dirección (salvo el fenómeno de la precesión) y por tanto loshemisferio norte y sur son iluminados desigualmente por el sol según la época del año, recibiendo distinta cantidad de luz solar debido a la duración del día y con distinta intensidad según la inclinación del Sol sobre el horizonte (ya que la luz debe atravesar más o menos la atmósfera).

Cada seis meses la situación se invierte.

Si el eje de la Tierra no estuviese inclinado respecto a la eclíptica, el Sol se hallaría todo el año sobre el ecuador; y describiría todos los días la misma trayectoria en el cielo, alcanzando siempre la misma altura máxima sobre el horizonte (que sería igual a 90º menos la latitud donde nos encontrásemos), siempre habría las mismas horas de luz solar, y no habría estaciones.

Las estaciones no tienen la misma duración, ya que la órbita de la Tierra es elíptica y recorre su trayectoria alrededor del Sol con una velocidad variable. Va más deprisa cuanto más cerca está del Sol (perihelio) y más lento cuanto más alejada está (afelio). Esto es una consecuencia de la segunda ley de Kepler que dice que el radio vector que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

El rigor de las estaciones en cada hemisferio tampoco depende de la distancia al Sol. Como el hemisferio norte tiene más superficie sólida que el hemisferio sur, cuando es verano en el norte la superficie se calienta más rápido y reemite el calor a la atmósfera, generando temperaturas más elevadas. En cambio, como el hemisferio sur tiene una superficie cubierta mayormente por agua, en el verano del sur el calor proveniente del Sol es absorbido por el agua de los océanos y es reemitido a la atmósfera más lentamente, por lo que la temperatura alcanzada no es tan alta como en los veranos del norte.

Durante el invierno ocurre algo similar. Cuando el Sol calienta el hemisferio norte en el invierno, el calor es reemitido a la atmósfera muy rápido, por lo cual la temperatura no se eleva ya que los días son cortos y el Sol no calienta por mucho tiempo. Cuando se produce el invierno en el hemisferio sur, el calor del Sol es absorbido por los océanos y remitido a la atmósfera de forma más gradual, y por lo tanto moderando la temperatura.

Comienzo de las estaciones

Las estaciones varían su inicio porque el año civil dura 365 o 366 días mientras el año astronómico o trópico dura 365,2422 días.

Como el año bisiesto dura más que el astronómico, después de un año bisiesto las estaciones empiezan antes. Luego con cada año normal las estaciones retrasan su inicio unas 6 horas, de modo que en los tres años normales retrasan su inicio 18 horas, hasta que un nuevo año bisiesto devuelve su inicio casi al momento de empezar el ciclo.

Se calcula el comienzo de las estaciones usando las siguientes fórmulas:

Equinoccio primavera del año Y:

JD = 1721139,2855 + 365,2421376 * Y + 0,067919 * (Y / 1000)2 - 0,0027879 * (Y / 1000)3

Solsticio de verano del año Y:

JD = 1721233,2486 + 365,2417284 * Y - 0,053018 * (Y / 1000)2 + 0,009332 * (Y / 1000)3

Equinoccio otoño del año Y:

JD = 1721325,6978 + 365,2425055 * Y - 0,126689 * (Y / 1000)2 + 0,0019401 * (Y / 1000)3

Solsticio de invierno del año Y:

JD = 1721414,392 + 365,2428898 * Y - 0,010965 * (Y / 1000)2 - 0,0084885 * (Y / 1000)3

Luego hay que convertir la fecha juliana al calendario gregoriano. Restando las fechas julianas se obtiene la duración de las estaciones, excepción hecha de la duración del invierno; para obtener esta última se suma la cantidad aproximada de la duración del año trópico 365,2422 al comienzo de la Primavera del año Y obteniendo la del año Y+1 y se resta del comienzo del invierno.

Día

Se denomina día (del latín dies) al lapso que tarda la Tierra desde que el sol está en el punto más alto sobre el horizonte hasta que vuelve a estarlo. Se trata de una forma de medir el tiempo —la primera que tuvo el hombre— aunque el desarrollo de la Astronomía ha mostrado que, dependiendo de la referencia que se use para medir un giro, se trata detiempo solar o de tiempo sidéreo —el primero toma como referencia al Sol y el segundo toma como referencia a las estrellas—. En caso que no se acompañe el término "día" con otro vocablo, debe entenderse como día solar medio, base del tiempo civil, que se divide en 24 horas, de 60 minutos, de 60 segundos, y dura, por tanto, 86.400 segundos

Año

Un año o año terrestre o año sideral (símbolo: a) se refiere al tiempo orbital del planeta Tierra, o sea al tiempo que tarda dicho planeta en dar una vuelta completa alrededor delSol. El término año también se usa para referirse al periodo orbital de cualquier planeta y, por extensión, se aplica a otros ciclos orbitales. La sencillez de esta definición oculta lacomplejidad de su cómputo. Se consideran diversos "años" según la referencia elegida para determinar su duración:

El año es sideral o año sidéreo: Tiempo que trascurre entre dos pasos consecutivos de la Tierra por un mismo punto de su órbita. Generalmente usado por los astrónomos, es la medida más exacta de un año. Referencia: las estrellas.

Duración: 365,256 363 004 días siderales, o 365,242 190 402 días solares medios, 365 días 6 horas 9 minutos 9,76 segundos, es decir, un día solar medio menos.

El año trópico, año solar o año tropical: tiempo transcurrido entre dos pasos sucesivos del Sol por el equinoccio medio. En otras palabras, tiempo de Primavera a Primavera por ejemplo. Referencia: equinoccio vernal. Las civilizaciones Mesopotámica y Egipcia lograron unos valores muy aproximados al real para el año trópico, sobre todo considerando la escasez de medios de la época.

Duración: 365,242 190 402 días solares medios, 365 d 5 h 48 m 45.25 s.

Año de calendario: número de días completos considerados como un año a efectos civiles o religiosos. Para que se ajuste a los ciclos astronómicos, que importan fracciones de día, este cómputo de tiempo varía cada año.

Civilmente se utilizan el año trópico y el año calendario, siempre con excepciones: la civilización islámica, por ejemplo, se rige por un calendario lunar.

Siglo

Un siglo o centuria es una unidad de tiempo equivalente a un periodo de 100 años (36525 en días). De la propia definición de siglo se deduce que el siglo I terminó el 31 de diciembre del año 100, y el siglo XX acabó el 31 de diciembre del año 2000. Por ello el siglo XXI se inició el 1 de enero de 2001.

Equivalencias de otras unidades de tiempo en siglos

100 años son un siglo.

Un milenio son 10 siglos.

Lluvia

La lluvia (del lat. pluvĭa) es un fenómeno atmosférico de tipo acuático que se inicia con la condensación del vapor de agua contenido en las nubes.

Según la definición oficial de la Organización Meteorológica Mundial, la lluvia es la precipitación de partículas líquidas de agua, de diámetro mayor de 0,5 mm o de gotas menores, pero muy dispersas. Si no alcanza la superficie terrestre, no sería lluvia sino virga y si el diámetro es menor sería llovizna.1 La lluvia se mide en milímetros.

La lluvia depende de tres factores: la presión atmosférica, la temperatura y, especialmente, la humedad atmosférica.

El agua puede volver a la tierra, además, en forma de nieve o de granizo. Dependiendo de la superficie contra la que choque el sonido que producirá será diferente.

Sequía

La sequía se puede definir como una anomalía transitoria en la que la disponibilidad de agua se sitúa por debajo de los requerimientos estadísticos de un área geográfica dada. El agua no es suficiente para abastecer las necesidades de las plantas, los animales y los humanos.

La causa principal de toda sequía es la falta de lluvias o precipitaciones, este fenómeno se denomina sequía meteorológica y si perdura, deriva en una sequía hidrológica caracterizada por la desigualdad entre la disponibilidad natural de agua y las demandas naturales de agua. En casos extremos se puede llegar a la aridez.

Si el fenómeno está ligado al nivel de demanda de agua existente en la zona para uso humano e industrial hablamos de escasez de agua.

Tiempo meteorológico

El tiempo meteorológico, o atmosférico, se define como el estado de la atmósfera en un determinado momento. Se toma en cuenta la humedad (absoluta y relativa), la temperatura y la presión, en un determinado lugar y momento. Como cada uno de los instantes es más o menos prolongados en el tiempo, y en extensión, se le denomina tipo de tiempo.

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