Climatología

Magnitudes meteorológicas, climatológicas y atmosféricas

temperatura atmosférica a uno de los elementos constitutivos del clima que se refiere al grado de calor específico del aire en un lugar y momento determinados así como la evolución temporal y espacial de dicho elemento en las distintas zonas climáticas. Constituye el elemento meteorológico más importante en la delimitación de la mayor parte de los tipos climáticos. Por ejemplo, al referirnos a los climas macrotérmicos (es decir, de altas temperaturas; climas A en la clasificación de Köppen), mesotérmicos (climas templados o climas C en la clasificación de Köppen) y microtérmicos (climas fríos o climas E) estamos haciendo de la temperatura atmosférica uno de los criterios principales para caracterizar el clima.

Conceptos relacionados

Esquema explicativo de la interpretación de un climograma

• Temperatura máxima. Es la mayor temperatura del aire alcanzada en un lugar en un día (máxima diaria), en un mes (máxima mensual) o en un año (máxima anual). También puede referirse a la temperatura máxima registrada en un lugar durante mucho tiempo (máxima absoluta). En condiciones normales, y sin tener en cuenta otros elementos del clima, las temperaturas máximas diarias se alcanzan en las primeras horas de la tarde; las máximas mensuales suelen alcanzarse durante julio o agosto en la zona templada del hemisferio norte y en enero o febrero en el hemisferio sur. Las máximas absolutas dependen de muchos factores, sobre todo de la insolación, de la continentalidad, de la mayor o menor humedad, de los vientos y de otros.

• Temperatura mínima. Se trata de la menor temperatura alcanzada en un lugar en un día, en un mes o en un año y también la mínima absoluta alcanzada en los registros de temperaturas de un lugar determinado. También en condiciones normales, las temperaturas mínimas diarias se registran en horas del amanecer, las mínimas mensuales se obtienen en enero o febrero en el hemisferio norte y en julio o agosto en el hemisferio sur. Y también las temperaturas mínimas absolutas dependen de numerosos factores.

• Temperatura media. Se trata de los promedios estadísticos obtenidos entre las temperaturas máximas y mínimas. Con las temperaturas medias mensuales (promedio de las temperaturas medias diarias a lo largo del mes) se obtiene un gráfico de las temperaturas medias de un lugar para un año determinado. Y con estos mismos datos referidos a una sucesión de muchos años (30 o más) se obtiene un promedio estadístico de la temperatura en dicho lugar. Estos últimos datos, unidos al promedio de los montos pluviométricos (lluvias) mensuales de ese mismo lugar ofrecen los datos necesarios para la elaboración de un gráfico climático (a veces identificado como climograma) de dicho lugar. En el climograma empleado como ejemplo, la temperatura mínima se produce en diciembre y la máxima en julio. El gráfico podría servir como ejemplo de un clima templado mediterráneo.

Origen del calor atmosférico

La radiación solar es la fuente de energía principal y prácticamente la única para la atmósfera de nuestro planeta. Esta radiación solar nos llega en forma de insolación: rayos de luz y calor de diferentes longitudes de onda que constituyen el espectro visible (rayos luminosos) y los de menor longitud de onda no visibles (rayos ultravioleta) y de mayor longitud de onda (rayos infrarrojos, que tampoco son visibles). Así pues, el espectro visible se encuentra en el medio del espectro constituido por la radiación solar que llega a nuestro planeta, y más específicamente, a la atmósfera terrestre.

La radiación solar atraviesa la atmósfera sin calentarla, porque el aire es diatérmano, es decir, se deja atravesar por los rayos solares sin calentarse. Pero esta radiación solar, al llegar a la superficie terrestre o marítima se transforma aumentando su longitud de onda y pueden calentar tanto las aguas como el suelo y las capas inferiores del aire. Así, este calentamiento de la atmósfera terrestre no es directo sino indirecto a partir de los rayos infrarrojos de mayor longitud de onda que son re-emitidos por la superficie terrestre caliente (¹ ).

El calentamiento en las capas inferiores del aire se debe a dos fenómenos estrechamente relacionados:

1. La mayor presión atmosférica del aire a baja altura. Este hecho se deriva de que el aire es compresible, es decir, puede comprimirse por su propio peso. Y el aire comprimido puede absorber mucho más calor que el aire expandido.
2. El escaso alcance de las ondas reflejadas por la superficie terrestre: estas ondas son de radiación infrarroja (onda larga) y pierden su energía térmica muy rápidamente después de ser emitidas. Es por ello por lo que se produce el fenómeno del espejismo, en el que el aire en contacto con el suelo se calienta mucho y al disminuir su densidad produce una especie de espejo que refracta la luz solar, por lo que en un día seco puede verse la superficie de las carreteras como si estuvieran mojadas (y lagos virtuales en las arenas del desierto).

Temperatura y presión del aire

Estos son dos elementos del clima que varían entre sí de manera inversa: cuanto mayor sea la temperatura del aire, menor será su presión y el aire asciende. A la inversa, cuando el aire es más frío tiene una tendencia a descender, con lo que la presión atmosférica aumenta por compresión en los lugares donde desciende. Así, donde la temperatura del aire aumenta, el tiempo atmosférico tenderá a ser inestable y se pueden producir lluvias e incluso tormentas. Y donde la temperatura del aire desciende, el tiempo será más estable y se presentarán días soleados sin nubes y con el ambiente seco.

Esquema que muestra cómo se genera el calor atmosférico, debido a la llegada a la superficie terrestre de la radiación solar. Las flechas rojas indican la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre al calentarse. Autor: Okanagan University College in Canada, Department of Geography, University of Oxford.

Se puede definir la temperatura atmosférica (también conocida como temperatura del aire oambiental) como el parámetro climático que se refiere al grado de calor específico del aire en un lugar y momento determinados, así como a su evolución temporal y espacial en las distintas zonas climáticas. Constituye el elemento meteorológico más importante en la delimitación de la mayor parte de los tipos de climas, estando en función directa de la mayor o menor cantidad de radiación solar recibida.

A partir de esta definición, se pueden definir a su vez una serie de conceptos derivados:

• Temperatura máxima: Es la mayor temperatura atmosférica del aire alcanzada en un lugar en un día (máxima diaria), en un mes (máxima mensual) o en un año (máxima anual). También puede referirse a la temperatura máxima registrada en un lugar durante muchotiempo (máxima absoluta). En condiciones normales, y sin tener en cuenta otros elementos del clima, las temperaturas máximas diarias se alcanzan en las primeras horas de la tarde; las máximas mensuales suelen alcanzarse durante julio o agosto en la zona templada delhemisferio norte y en enero o febrero en el hemisferio sur.

• Temperatura mínima: Se trata de la menor temperatura atmosférica alcanzada en un lugar en un día (mínima diaria), en un mes (mínima mensual) o en un año (mínima anual). También puede referirse a la temperatura mínima registrada en un lugar durante mucho tiempo (mínima absoluta). En condiciones normales, las temperaturas mínimas diarias se registran en horas del amanecer, las mínimas mensuales se obtienen en enero o febrero en el hemisferio norte y en julio o agosto en el hemisferio sur.

• Temperatura media: Se trata de los promedios estadísticos obtenidos entre lastemperaturas máximas y mínimas. Con las temperaturas medias mensuales (promedio de las temperaturas medias diarias a lo largo del mes) se obtiene un gráfico de lastemperaturas medias de un lugar para un año determinado. Y con estos mismos datos referidos a una sucesión de muchos años (30 o más) se obtiene un promedio estadístico de la temperatura atmosférica en dicho lugar. Estos últimos datos, unidos al promedio de losmontos pluviométricos mensuales de ese mismo lugar ofrecen los datos necesarios para la elaboración de un gráfico climático (a veces identificado como climograma) de dicho lugar.

Relación de la temperatura atmosférica con el calor atmosférico:

La radiación solar es la principal fuente de energía (y prácticamente la única) de la atmósfera terrestre. Esta radiación llega en forma de insolación, es decir, rayos de luz y calor de diferenteslongitudes de onda que constituyen el espectro visible (rayos luminosos) o que tienen una longitud de onda menor (rayos ultravioleta) o mayor (rayos infrarrojos). La radiación solar en su conjunto atraviesa la atmósfera sin calentarla, porque el aire es diatérmano; pero esta radiación, al llegar a la superficie terrestre, se transforma aumentando su longitud de onda y calentando tanto lasaguas como el suelo y las capas inferiores del aire. Por tanto, este calentamiento de la atmósfera terrestre no es directo sino indirecto, produciéndose a partir de los rayos infrarrojos de mayorlongitud de onda que son re-emitidos por la superficie terrestre caliente.

Este calor se define como calor atmosférico, pudiéndose reconocer dos tipos atendiendo al tipo de radiación emitida: el calor claro (el calor atmosférico correspondiente al espectro visible de laluz solar, en el que su longitud de onda está directamente relacionada con la mayor o menor capacidad de transportar calor –por eso se llaman colores cálidos a los más próximos al rojo y fríos al de los colores azules o violetas–) y el calor oscuro (el de los rayos infrarrojos).

El alcance de los rayos infrarrojos re-emitidos por la superficie terrestre es muy limitado hacia arriba, ya que calientan sólo el aire en contacto con dicha superficie. A su vez, esta capa inferior del aire genera un cambio significativo de su densidad, por lo que actúa como una especie de espejo, produciéndose el fenómeno conocido como espejismo (el típico aspecto mojado o de charco que se puede ver en un desierto o en una carretera durante el verano, o la especie de reverberación luminosa que puede verse en las superficies muy calientes, en la que puede apreciarse la deformación de los rayos luminosos al atravesar el aire más caliente, que tiene menor densidad). Este fenómeno no deja de ser una manifestación de la refracción de la luz solaral atravesar capas de aire de distinta densidad.

Fotografía de un espejismo (arriba) e imagen real sin espejismo (abajo) en las arenas de undesierto. Autor y copyright: Javier Dahl.

Así pues, el calor atmosférico (y por tanto la temperatura atmosférica) depende indirectamente de la 

cantidad de insolación recibida en la superficie terrestre. Pero esta cantidad no es fija, sino que depende de varios factores:

• Factores planetarios: El movimiento de rotación terrestre (que origina el día y la noche, con las diferencias térmicas que ello conlleva) y el movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol, que da origen a las estaciones (épocas de mayor o menor exposición a la radiación solar debido a la inclinación del eje terrestre con respecto a la órbita terrestre).

• Factores geográficos: Son aquellos que dependen de las condiciones específicas del lugar con respecto a las características térmicas del aire en dicho lugar (no afectan solamente a latemperatura atmosférica, sino también al resto de los parámetros climáticos). Estos factores son:
  1. la latitud (que explica la mayor o menor radiación solar recibida en función de la inclinación del eje terrestre a lo largo del año);
  2. la altitud, que da origen a la diferenciación térmica de la atmósfera dando origen a lo que se conoce como pisos térmicos, aspecto fundamental en el estudio del clima;
  3. la mayor o menor distancia al mar, que afecta a la mayor o menor oscilación o amplitud térmica del aire, respectivamente;
  4. la orientación del relieve de acuerdo a la insolación (vertientes o laderas de solana, más cálidas, y de umbría, más frías, ambas consideradas a una altitud y latitudequivalentes);
  5. las corrientes marinas, que proporcionan una forma muy importante de trasladar calorde la zona intertropical a las zonas templadas y polares, haciendo más suave el clima en estas últimas zonas geoastronómicas; y
  6. el albedo, que es el porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación que incide sobre la misma (y que por tanto, no se transforma en radiación infrarroja), el cual depende del color de los materiales: las superficies claras tienen valores de albedo superiores a las oscuras, y las brillantes más que las mates. El albedomedio de la Tierra es del 37-39% de la radiación que proviene del Sol, pero es muy diferente en lugares como los desiertos o selvas o los casquetes de hielo polares.

Con todo lo expuesto, se pueden reconocer dos fuentes principales para el calor atmosférico:

1. el contacto del aire con la superficie rocosa del planeta (continentes e islas); y
2. el contacto que tiene con la hidrosfera (océanos, mares y aguas continentales), siendo este el que tiene más importancia por dos razones: (1) la mayor superficie de los océanos en comparación con los continentes e islas y (2) la masa mucho mayor de la hidrosfera en comparación con la atmósfera; además, las corrientes marinas constituyen el mayor vehículo de transporte de calor y explican en su mayor parte la regulación de los fenómenos atmosféricos en la Tierra.

La temperatura de la superficie del mar (TSM, o SST en inglés) es la temperatura en la superficie. En términos prácticos, el significado exacto de "superficie" variará de acuerdo al método de medida usado. Un satélite radiométrico "ve" un mapa de temperatura representando el milímetro superior; un termómetro en el océano, "vería" aproximadamente la capa superior de 1 metro; las medidas hechas rutinariamente desde los barcos se hacen del agua que entra en el motor, y que puede estar a 5m bajo al superficie.

Midiendo la TSM

Temperatura media anual de la superficie del mar (grados Celsius).

Hay una gran variedad de técnicas para medir este parámetro que pueden dar resultados muy diferentes a causa de lo que se mide.

La primera técnica para medir la TSM fue sumergir un termómetro en agua extraída directamente de la superficie del mar. La primera técnica automatizada para determinar la TSM se consiguió por medio de la medición de la temperatura del agua en el embarcadero interno de los barcos más grandes. Sin embargo, esta medición no es consistente dado que la profundidad del agua en cada zona interior puede variar de un depósito a otro, así como el punto de medición. Probablemente, el sistema más exacto y repetitivo viene de las boyas fijas, donde la medición de la temperatura del agua se realiza siempre a 1 metro de profundidad y se usan sondas eléctricas de gran robustez. Normalmente, estas mediciones son dirigidas a los satélites para su distribución inmediata. Desde 1990 hay una extensa cadena de boyas a lo largo del Pacífico ecuatorial, cuya misión es ayudar a monitorizar y predecir el fenómeno de El Niño.

Desde los años 1980 los satélites se han ido usando cada vez más para medir la TSM y han proporcionado un enorme salto en la habilidad para ver la variación espacial y temporal de la misma. La medición por satélite se hace controlando la radiación del océano en dos o más longitudes de onda en la parte infrarrojadel espectro electromagnético, que puede ser relacionado empíricamente con la TSM. Estas longitudes de onda se escogen porque están:

1. en el rango esperado de la radiación de cuerpo negro de la Tierra y
2. su capacidad para transmitir datos a través de la atmósfera

La TSM medida por los satélites proporciona una visión sinóptica del océano y una alta frencuencia de repetición de vistas, permitiendo el examen de la dinámica en la región superior del océano, que no sería posible con barcos o boyas. Por ejemplo, un barco viajando a 10 nudos (20 km/h) necesitaría 10 años para cubrir la misma área que un satélite cubre en dos minutos.

Sin embargo, hay varias dificultades con las medidas absolutas de los satélites. Primero, dado que toda la radiación emana de la "piel" del océano, aproximadamente sólo el 0.1 mm superior, o incluso menos, puede no representar la temperatura del metro de agua en la parte superior, debido principalmente a los efectos de evaporación durante el período diurno, así como la pérdida de temperatura nocturna y la radiación de retorno. Esto complica el comparar las mediciones entre boyas y barcos, haciendo más difíciles los esfuerzos realizados en tierra. En segundo lugar, el satélite no puede ver a través de las nubes, creando áreas de "buen tiempo" en los análisis de largos períodos de la TSM. De todos modos, estas dificultades son pocas comparadas con los beneficios obtenidos de las estimaciones realizadas.

TSM y huracanes

Visualización de la TSM del océano justo antes del Huracán Bob (14 de agosto de 1991).

Las temperaturas en la superficie del mar por encima de 26 °C son generalmente favorables para la formación y mantenimiento de ciclones tropicales o huracanes. Generalmente, cuanto más alta sea la temperatura, más fuerte será la tormenta. Sin embargo, hay muchos más factores que determinarán finalmente su fuerza.

La TSM medida remotamente puede usarse para detectar la temperatura en superficie causada por los huracanes. En general, se observa un enfriamiento después que pasa un huracán, básicamente, como resultado de una capa mezclada de agua a diferentes temperaturas así como la pérdida en superficie del calor. En algunos casos, la divergencia en los vientos en superficie, junto, quizá, a los efectos batimétricos, pueden ser una fuente de enfriamiento.

Los cambios en la TSM tienen importantes implicaciones biológicas para las condiciones habitables o inhabitables de muchosorganismos, incluyendo algunas especies de plancton, algas marinas, moluscos, crustáceos, peces y mamíferos. Aunque los cambios en la TSM son de poca duración, sus ramificaciones todavía no se han logrado comprender.