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Ciencias de la Tierra y del espacio de primaria y secundaria · 1–9 年级

25Masas de aire, frentes y mapas del tiempo

La mañana es luminosa y tranquila. Hacia mediodía aparecen unas finas estrías blancas muy altas en el cielo, que se van extendiendo lentamente en un velo pálido que atenúa el Sol. Por la tarde las nubes se espesan y bajan; al anochecer cae una lluvia continua. Durante la noche el aire se vuelve templado y húmedo, y luego una línea oscura de nubes trae un breve chaparrón intenso y una racha de viento. A la mañana siguiente el cielo está despejado, el aire fresco y hace viento. En dos días ha pasado sobre la ciudad una borrasca, con sus dos frentes.

Una cortina de lluvia llega sobre una ciudad bajo una base de nubes oscura, mientras el cielo sigue despejado detrás de la iglesia (ilustración generada por IA de una escena genérica).

Los meteorólogos lo vieron venir con días de antelación. Este capítulo muestra cómo: el aire de nuestros cielos llega en grandes masas, las masas se encuentran a lo largo de frentes, y los mapas de presión muestran adónde se dirigen.

Lo que ya sabes

El aire presiona sobre todo lo que toca; un barómetro mide esa presión en hectopascales (los libros de física), y al nivel del mar es de unos $1013\,\mathrm{hPa}$ (Capítulo 23). Las nubes se forman cuando el aire húmedo sube y se enfría (Capítulo 7). En el suelo, el viento sopla de las altas presiones hacia las bajas, y la rotación de la Tierra lo desvía: hacia la derecha en el hemisferio norte. Entre unos $30{}^{\circ}$ y $60{}^{\circ}$ , los vientos del oeste traen una borrasca tras otra (Capítulo 24).

25.1 Las masas de aire

El aire que permanece varios días sobre el mismo lugar adquiere el carácter de la superficie que tiene debajo. Sobre un océano cálido se vuelve cálido y húmedo; sobre una tierra helada, frío y seco. Cuando se aleja, lleva consigo ese carácter, a veces a lo largo de miles de kilómetros.

Definición 25.1 (Masa de aire)

Una masa de aire es un volumen de aire muy grande en el que la temperatura y la humedad son casi las mismas en todas partes a una altura dada. Las toma de la región donde se formó, su región de origen.

Los meteorólogos designan una masa de aire con dos letras. La primera indica dónde se formó: c (continental), sobre tierra firme, así que es seca; m (marítima), sobre un océano, así que es húmeda. La segunda indica lo fría que es: A (ártica), sobre las regiones polares; P (polar), sobre las latitudes altas; T (tropical), sobre las latitudes bajas. El aire de un desierto cálido es cT, cálido y seco; el aire del Ártico es cA, muy frío y seco.

Regiones de origen típicas de las masas de aire en torno al Atlántico Norte (esquema): sobre el Ártico, los continentes fríos, el océano septentrional, el océano subtropical y el Sáhara. En azul: masas de aire frías; en rojo: masas cálidas.

25.2 Los frentes

Cuando una masa de aire se desplaza, se encuentra con otra. Las dos no se mezclan fácilmente: se mantienen separadas, con una frontera estrecha entre ellas donde el tiempo cambia.

Definición 25.2 (Frente)

Un frente es la frontera, en el suelo, entre dos masas de aire de temperatura y humedad distintas. En un frente frío, el aire frío avanza contra un aire más cálido y ocupa su lugar; en un frente cálido, el aire cálido avanza contra un aire más frío y ocupa su lugar.

El aire frío es más denso que el aire cálido. En un frente frío, el aire frío se desliza bajo el aire cálido como una cuña y lo levanta bruscamente. El aire cálido y húmedo sube deprisa y forma nubes de gran desarrollo vertical, cúmulos y cumulonimbos: el frente trae chubascos fuertes, a veces granizo y truenos, rachas de viento y un descenso brusco de la temperatura. Una vez que ha pasado, la lluvia cesa y el cielo se despeja. Un frente frío avanza deprisa, hasta el doble de rápido que un frente cálido.

Un frente frío visto de lado (alturas muy exageradas). El aire frío se mete bajo el aire cálido como una cuña; el aire cálido se eleva bruscamente y forma nubes de gran desarrollo vertical.

En un frente cálido, el aire cálido, ligero, no puede apartar del suelo al aire frío: sube lentamente por encima de él, por una pendiente larga y suave. Por eso sus nubes aparecen mucho antes de que llegue el frente, muy altas en el cielo: primero finas estrías de cirros, luego un velo de cirrostratos y después altostratos grises. A medida que el frente se acerca, las nubes bajan y se espesan, y empieza una lluvia larga y continua. Después de que pase, el aire es más cálido y más húmedo.

Un frente cálido visto de lado (alturas muy exageradas). El aire cálido sube lentamente por encima del aire frío; sus nubes bajan y se espesan a medida que el frente se acerca, y la lluvia es larga y continua.

En un mapa del tiempo, un frente frío se dibuja como una línea azul con triángulos, y un frente cálido, como una línea roja con semicírculos. Los símbolos están del lado hacia el que avanza el frente. Cuando un frente frío rápido alcanza a un frente cálido, los dos se unen en un frente ocluido, que se dibuja en violeta con los dos símbolos.

25.3 Borrascas y anticiclones

Los frentes nacen en los grandes torbellinos de aire que atraviesan las latitudes medias. Donde el aire sube, la presión en el suelo es más baja que en todo su alrededor; donde baja, la presión es más alta.

Definición 25.3 (Borrasca y anticiclón)

Una borrasca, o baja, es una región donde la presión al nivel del mar es más baja que en todo su alrededor. Un anticiclón, o alta, es una región donde es más alta que en todo su alrededor.

El viento sopla de la alta hacia la baja, pero la rotación de la Tierra lo desvía, así que acaba soplando casi alrededor de los centros. En el hemisferio norte gira en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de una borrasca, y en el sentido de las agujas del reloj alrededor de un anticiclón; en el hemisferio sur, al revés. En una borrasca, el aire converge cerca del suelo, sube, se enfría y forma nubes: las borrascas traen nubes, lluvia y viento, y sus frentes. En un anticiclón, el aire baja y se calienta al descender: los anticiclones traen un tiempo seco y estable, con vientos flojos. Un anticiclón típico tiene una presión de unos $1020\,\mathrm{hPa}$ o más en su centro; una borrasca profunda baja de $980\,\mathrm{hPa}$ .

Una borrasca al sudoeste de Islandia (la isla de arriba a la derecha) vista por el satélite Aqua de la NASA el 4 de septiembre de 2003. Sus nubes giran en espiral hacia el centro, en sentido contrario a las agujas del reloj, como en toda borrasca del hemisferio norte. NASA/GSFC, MODIS Rapid Response Team, Jacques Descloitres (dominio público, vía Wikimedia Commons).

25.4 Las isobaras y los mapas del tiempo

Para ver las borrascas y los anticiclones, los meteorólogos dibujan mapas de la presión. Cada estación mide su presión y la reduce al nivel del mar, para poder comparar una estación de montaña con una de la costa. Después se trazan líneas que pasan por todos los lugares donde la presión es la misma.

Definición 25.4 (Isobara)

Una isobara es una línea de un mapa que une lugares donde la presión al nivel del mar es la misma. Las isobaras se rotulan en hectopascales y a menudo se dibujan cada $4\,\mathrm{hPa}$ .

Alrededor de una borrasca, las isobaras forman curvas cerradas, con la presión más baja en el centro, marcado con una B; alrededor de un anticiclón forman curvas cerradas con la presión más alta en el centro, marcado con una A. Donde las isobaras están muy juntas, la presión cambia deprisa de un lugar a otro, y el viento es fuerte; donde están muy separadas, el viento es flojo.

Un mapa del tiempo de un día imaginario en el hemisferio norte, calculado a partir de un modelo de la presión. Isobaras cada 4\, hPa; la borrasca B (980\, hPa) lleva un frente cálido (en rojo) y un frente frío (en azul); el anticiclón A (1034\, hPa) está al este. Flechas verdes: el viento, más largas donde es más fuerte. T: la ciudad del problema. — Un mapa del tiempo de un día imaginario en el hemisferio norte, calculado a partir de un modelo de la presión. Isobaras cada $4\,\mathrm{hPa}$ ; la borrasca B ( $980\,\mathrm{hPa}$ ) lleva un frente cálido (en rojo) y un frente frío (en azul); el anticiclón A ( $1034\,\mathrm{hPa}$ ) está al este. Flechas verdes: el viento, más largas donde es más fuerte. T: la ciudad del problema.

Método 25.5 (Leer un mapa del tiempo)

Busca los centros: B para las borrascas, A para los anticiclones, con sus presiones.
Lee las isobaras: sus valores aumentan hacia A y disminuyen hacia B. Las isobaras juntas indican un viento fuerte.
Busca la dirección del viento: en el hemisferio norte sopla casi a lo largo de las isobaras, con las bajas presiones a su izquierda, un poco desviado hacia la baja.
Busca los frentes y el sentido en que avanzan (el lado de sus símbolos), y luego el aire a cada lado: ¿qué viene a continuación?

Ejemplo 25.6 (El tiempo en la ciudad T)

En el mapa, T está al sur del frente cálido y al este del frente frío: en el aire cálido entre los dos frentes. El frente cálido ya ha pasado por ella. Allí las isobaras van del sudoeste al nordeste, con la baja al noroeste: el viento sopla del sudoeste, cálido y húmedo. El frente frío llega por el oeste. Sus triángulos apuntan al este, hacia la ciudad: en unas horas habrá un breve episodio de chubascos fuertes y rachas, después el viento girará al oeste o al noroeste, el aire se volverá más fresco y el cielo se despejará.

Un barómetro da su propio aviso, incluso sin mapa. Supón que todo el mapa de arriba se desplazara hacia el este, sin cambiar, a $40\,\mathrm{km}$ por hora, y que un barómetro registrador estuviera en una estación S, al este de los frentes. A lo largo de dos días y medio trazaría el registro de abajo.

El registro de un barómetro en la estación S mientras el mapa de arriba se desplaza hacia el este a 40\, km por hora (una situación inventada, calculada a partir del campo de presión del mapa). Líneas discontinuas: el paso del frente cálido y del frente frío por la estación. — El registro de un barómetro en la estación S mientras el mapa de arriba se desplaza hacia el este a $40\,\mathrm{km}$ por hora (una situación inventada, calculada a partir del campo de presión del mapa). Líneas discontinuas: el paso del frente cálido y del frente frío por la estación.

Ejemplo 25.7 (Leer el registro de un barómetro)

Durante las 8 primeras horas, la presión sube hasta unos $1031\,\mathrm{hPa}$ : el anticiclón pasa sobre S, con tiempo estable. Después baja durante 30 horas, unos $45\,\mathrm{hPa}$ : se acerca la borrasca. Baja más deprisa unas horas antes de que pase el frente cálido, más despacio en el aire cálido que viene detrás, y alcanza su mínimo, unos $986\,\mathrm{hPa}$ , justo cuando pasa el frente frío. Después sube: la borrasca se aleja, y llega el aire más fresco y más limpio que hay detrás del frente frío.

25.5 Cómo se hace una previsión

Definición 25.8 (Previsión meteorológica)

Una previsión meteorológica es una descripción del tiempo que se espera en un lugar durante las próximas horas o los próximos días, elaborada a partir de observaciones de la atmósfera y de las leyes de la física.

Una previsión se hace en tres pasos. Primero, los servicios meteorológicos de todo el mundo hacen millones de observaciones cada día: temperatura, precipitación, presión, viento y humedad, medidos en estaciones de tierra, en el mar, con globos sonda, con radares y desde satélites. Después, esas observaciones se introducen en modelos informáticos: ordenadores muy potentes calculan, paso a paso, cómo cambiará la atmósfera a partir de su estado actual. Por último, los predictores leen los resultados, los comparan con lo que saben de su región y redactan la previsión.

Historia — La primera previsión pública

En 1854, un oficial de marina, Robert FitzRoy, fue puesto al frente de una nueva oficina meteorológica en Londres. Cada mañana a las 9, unas estaciones repartidas por las costas medían el tiempo y enviaban sus lecturas a Londres por telégrafo, el invento más moderno de la época. En 1859, un temporal terrible, el del Royal Charter, hundió muchos barcos; FitzRoy creó entonces un servicio de avisos de temporal para los marinos, que empezó en febrero de 1861. El 1 de agosto de 1861 fue más lejos y publicó la primera previsión meteorológica pública en un periódico, The Times. Sus previsiones miraban uno o dos días hacia delante y eran muy generales; fueron el comienzo de las previsiones que leemos hoy.

Las previsiones han mejorado mucho. En las últimas décadas, los meteorólogos han ganado alrededor de un día más de buena previsión cada diez años: una previsión a cuatro días es hoy tan buena como lo era una previsión a un día hace treinta años. Pero cuanto más lejos mira una previsión, menos segura es, porque los pequeños errores de las observaciones de partida crecen a medida que el ordenador avanza en el tiempo.

Sobre el terreno — Ver llegar un frente

Un día en que la previsión anuncie un frente, mira el cielo cada pocas horas y anota la hora, las nubes, el viento y la temperatura. Antes de un frente cálido, ¿llegan primero las finas estrías de los cirros? Cuando pasa un frente frío, ¿baja la temperatura y cambia el viento? Compara tus notas con el mapa del tiempo del día.

25.6 Ejercicios

Ejercicio 25.1 ★

Da el significado de cada par de letras y di si la masa de aire es cálida o fría, húmeda o seca: (a) mT; (b) cP; (c) cT; (d) mP.

Solución

Solución de Ejercicio 25.1.

(a) Tropical marítima: cálida y húmeda. (b) Polar continental: fría y seca. (c) Tropical continental: muy cálida y seca. (d) Polar marítima: fría y húmeda.

Ejercicio 25.2 ★

Une cada signo de un mapa del tiempo con su significado: una línea azul con triángulos; una línea roja con semicírculos; una línea que une lugares con la misma presión; la letra A; la letra B.

Solución

Solución de Ejercicio 25.2.

Línea azul con triángulos: un frente frío. Línea roja con semicírculos: un frente cálido. Línea que une lugares con la misma presión: una isobara. A: el centro de un anticiclón (altas presiones). B: el centro de una borrasca (bajas presiones).

Ejercicio 25.3 ★

¿Verdadero o falso? Corrige las frases falsas. (a) Los anticiclones suelen traer un tiempo estable. (b) Las nubes de un frente cálido llegan después del frente. (c) Las isobaras juntas indican un viento flojo. (d) El aire frío es más denso que el aire cálido.

Solución

Solución de Ejercicio 25.3.

(a) Verdadero. (b) Falso: llegan antes que él, mucho antes, muy altas en el cielo. (c) Falso: las isobaras juntas indican un viento fuerte. (d) Verdadero.

Ejercicio 25.4 ★

En el mapa del tiempo de este capítulo: (a) ¿cuál es la presión en el centro de la borrasca? (b) ¿Y en el del anticiclón? (c) ¿Cuántos hectopascales separan dos isobaras vecinas? (d) ¿En cuántos hectopascales se diferencia la presión entre los dos centros?

Solución

Solución de Ejercicio 25.4.

(a) $980\,\mathrm{hPa}$ . (b) $1034\,\mathrm{hPa}$ . (c) $4\,\mathrm{hPa}$ . (d) $1034 - 980 = 54\,\mathrm{hPa}$ .

Ejercicio 25.5 ★★

Ordena estos acontecimientos tal como ocurren cuando un frente cálido se acerca y pasa: lluvia continua; finas estrías de cirros; un velo gris de altostratos; aire más cálido y más húmedo; las nubes bajan y se espesan.

Solución

Solución de Ejercicio 25.5.

Finas estrías de cirros; un velo gris de altostratos; las nubes bajan y se espesan; lluvia continua; aire más cálido y más húmedo.

Ejercicio 25.6 ★★

Explica por qué las nubes de un frente frío tienen un gran desarrollo vertical, mientras que las de un frente cálido se extienden en capas. Usa las palabras cuña, empinada, pendiente suave.

Solución

Solución de Ejercicio 25.6.

En un frente frío, el aire frío, denso, se mete bajo el aire cálido como una cuña: el aire cálido se eleva por una pendiente empinada, sube deprisa y forma nubes altas. En un frente cálido, el aire cálido sube lentamente por encima del aire frío por una pendiente suave: se eleva poco a poco a lo largo de una gran distancia, y sus nubes se extienden en capas.

Ejercicio 25.7 ★★

En el mapa del tiempo: (a) ¿dónde es más fuerte el viento, cerca de B o cerca de A? ¿Cómo lo sabes? (b) Al norte de B, ¿de qué dirección sopla el viento? (c) ¿Y al sur de A? (d) ¿Gira el viento alrededor de B en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario?

Solución

Solución de Ejercicio 25.7.

(a) Cerca de B: allí las isobaras están más juntas y las flechas son más largas. (b) Del este (las flechas apuntan al oeste, un poco hacia el sudoeste). (c) Del este (las flechas apuntan al oeste). (d) En sentido contrario a las agujas del reloj.

Ejercicio 25.8 ★★

Un barómetro de una ciudad marca $1016\,\mathrm{hPa}$ a las 6:00, $1009\,\mathrm{hPa}$ a las 12:00 y $1003\,\mathrm{hPa}$ a las 18:00. (a) ¿Cuánto baja la presión en 12 horas? (b) ¿Qué se acerca a la ciudad, una borrasca o un anticiclón? (c) ¿Qué tiempo puede esperar la ciudad?

Solución

Solución de Ejercicio 25.8.

(a) $1016 - 1003 = 13\,\mathrm{hPa}$ . (b) Una borrasca: la presión no deja de bajar. (c) Nubes, viento y lluvia, probablemente con un frente.

Ejercicio 25.9 ★★

Un aire que ha permanecido una semana sobre el Sáhara se desplaza hacia el norte sobre el mar Mediterráneo. (a) Designa esta masa de aire con sus dos letras. (b) ¿Es cálida o fría, húmeda o seca, cuando sale? (c) ¿Qué podría cambiar en su carácter al cruzar el mar?

Solución

Solución de Ejercicio 25.9.

(a) cT, tropical continental. (b) Muy cálida y seca. (c) Sobre el mar recoge vapor de agua: se vuelve más húmeda, y el aire cercano al agua se enfría un poco al contacto con el mar.

Ejercicio 25.10 ★★

Una previsión a cuatro días es hoy tan buena como lo era una previsión a un día hace treinta años. (a) ¿Cuántos días de buena previsión se han ganado en treinta años? (b) ¿Cuántos son por cada diez años? (c) Si el progreso siguiera igual, ¿dentro de cuántos años sería una previsión a cinco días tan buena como la previsión a un día de hoy?

Solución

Solución de Ejercicio 25.10.

(a) $4 - 1 = 3$ días. (b) $3 \div 3 = 1$ día por cada diez años. (c) Hacen falta $5 - 1 = 4$ días más: unos 40 años.

Ejercicio 25.11 ★★★

En el mapa del tiempo, usa la barra de escala. (a) ¿Cuántos kilómetros, más o menos, separan el centro B del centro A? (b) Cerca de B, dos isobaras vecinas están a unos $80\,\mathrm{km}$ una de otra. ¿Cuántos hectopascales cambia allí la presión en $100\,\mathrm{km}$ ? (c) Cerca de A, dos isobaras vecinas están a unos $140\,\mathrm{km}$ . La misma pregunta. (d) ¿Dónde es más fuerte el viento? ¿Coinciden las flechas del mapa?

Solución

Solución de Ejercicio 25.11.

(a) Unos $1350\,\mathrm{km}$ (cuatro barras de escala y media). (b) $4\,\mathrm{hPa}$ en $80\,\mathrm{km}$ : $4 \div 80 \times 100 = 5\,\mathrm{hPa}$ por $100\,\mathrm{km}$ . (c) $4 \div 140 \times 100 \approx 2.9\,\mathrm{hPa}$ por $100\,\mathrm{km}$ . (d) Cerca de B, donde la presión cambia más deprisa; sí, las flechas son más largas cerca de B.

Ejercicio 25.12 ★★★

Un frente frío está a $300\,\mathrm{km}$ al oeste de una ciudad y avanza hacia el este a $50\,\mathrm{km}$ por hora; un frente cálido está a $200\,\mathrm{km}$ al oeste de otra ciudad y avanza a la mitad de esa velocidad. (a) ¿Qué frente llega antes a su ciudad, y con cuántas horas de adelanto? (b) Describe el tiempo que verá cada ciudad cuando pase su frente. (c) ¿Qué ciudad estará más cálida una vez que haya pasado su frente?

Solución

Solución de Ejercicio 25.12.

(a) El frente frío: $300 \div 50 = 6$ horas. El frente cálido avanza a $25\,\mathrm{km}$ por hora: $200 \div 25 = 8$ horas. El frente frío llega 2 horas antes. (b) Primera ciudad: nubes de gran desarrollo vertical, chubascos fuertes, rachas, y después aire más fresco y un cielo que se despeja. Segunda ciudad: nubes en capas cada vez más bajas y una lluvia larga y continua, y después aire más cálido y más húmedo. (c) La segunda ciudad, a la que llega el aire cálido.

25.7 Problema: ¿se suspenderá el partido por la lluvia?

Problema 25.1

Problema de fin de semana — se juega un partido de fútbol a las 15:00 en la ciudad T del mapa del tiempo; el frente frío se acerca: se mide su velocidad en dos mapas y se prevé la hora a la que llegará a la ciudad

A las 09:00, una joven meteoróloga mira el mapa del tiempo de este capítulo y después el mapa de abajo: muestra el frente frío cerca de la ciudad a las 06:00 y a las 09:00, sobre una cuadrícula de cuadrados de $20\,\mathrm{km}$ .

Parte I — Leer el mapa.

En el mapa del tiempo del capítulo, ¿está la ciudad en el aire cálido o en el aire frío? ¿Qué frente ha pasado ya por ella?
¿De qué dirección sopla el viento en la ciudad?
¿Hacia dónde avanza el frente frío? ¿Cómo lo sabes por sus símbolos?
¿Qué tiempo traerá el frente frío cuando pase?

Parte II — La velocidad del frente.

En el mapa de arriba, a la altura de la ciudad, ¿a qué distancia hacia el este está el frente a las 06:00? ¿Y a las 09:00?
¿Cuántos kilómetros ha avanzado el frente en esas tres horas?
¿Cuál es su velocidad, en kilómetros por hora?
A las 09:00, ¿cuántos kilómetros separan el frente de la ciudad?

Parte III — La previsión.

Si el frente mantiene la misma velocidad, ¿cuántas horas necesitará para llegar a la ciudad?
¿A qué hora llegará a la ciudad?
Supón que los chubascos fuertes duran alrededor de una hora después del paso del frente. ¿Seguirá lloviendo a las 15:00?
El frente podría frenar hasta $30\,\mathrm{km}$ por hora. ¿Cuándo llegaría entonces a la ciudad? Escribe la previsión para el partido en una o dos frases, dando las dos horas posibles.

Solución

Solución de Problema 25.1.

1. En el aire cálido, entre los dos frentes. El frente cálido ya ha pasado.

2. Del sudoeste.

3. Hacia el este: los triángulos de un frente frío están del lado hacia el que avanza, y apuntan al este, hacia la ciudad.

4. Nubes de gran desarrollo vertical, chubascos fuertes, quizá truenos y granizo, rachas de viento; después, aire más fresco, viento del oeste o del noroeste y un cielo que se despeja.

5. A $180\,\mathrm{km}$ a las 06:00 y a $300\,\mathrm{km}$ a las 09:00.

6. $300 - 180 = 120\,\mathrm{km}$ .

7. $120 \div 3 = 40\,\mathrm{km}$ por hora.

8. La ciudad está a $480\,\mathrm{km}$ : $480 - 300 = 180\,\mathrm{km}$ .

9. $180 \div 40 = 4.5$ horas, es decir, 4 horas y 30 minutos.

10. 09:00 + 4 h 30 min = 13:30.

11. No: los chubascos deberían terminar hacia las 14:30, antes del comienzo del partido.

12. $180 \div 30 = 6$ horas: a las 15:00, justo al comienzo del partido. Previsión: “El frente frío debería llegar a la ciudad hacia las 13:30, con una hora de chubascos fuertes y rachas, y después cielos despejados: lo más probable es que el partido pueda jugarse. Si el frente frena, podría llegar a las 15:00 y retrasar el partido”.

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