Turbulencia atmosférica

El examen del registro de un anemógrafo muestra que el viento en superficie sufre variaciones rápidas e irregulares de velocidad y de dirección. Estas fluctuaciones indican que el flujo de aire es turbulento, formándose numerosos torbellinos en las proximidades de la superficie terrestre.

Es difícil determinar la estructura exacta de estos torbellinos, que son muy irregulares. En particular, sus ejes de rotación pueden tener todas los direcciones.

El grado de turbulencia se ha demostrado que depende de numerosos factores tales como la velocidad del viento, la rugosidad de lo superficie, el gradiente vertical de temperatura, etc.

Los meteorólogos distinguen entre dos tipos de turbulencia:

A) la turbulencia térmica;

B) la turbulencia mecánica.

La turbulencia térmica resulta de la convección debido al calentamiento en superficie por la insolación del suelo. Puede igualmente originarse del paso de una masa de aire relativamente fría sobre una superficie terrestre u oceánica más caliente

El aumento de la temperatura en las capas muy bajas tiene como consecuencia el aumento del gradiente vertical de temperatura, haciéndose finalmente la atmósfera inestable. Las corrientes de convección que se desarrollan son una forma de turbulencia.

En las nubes convectivas y en las tormentas particularmente, la liberación de calor latente suministra una energía que provoca movimientos ascendentes y descendentes que corresponden a torbellinos de gran escala. Estos torbellinos, a su vez, originan torbellinos más pequeños de tamaños diversos.

La turbulencia térmica o la convección no provocan siempre la formación de nubes. En las regiones calientes y áridas, la humedad de la atmósfera puede ser insuficiente para que la condensación se produzca. La turbulencia puede, sin embargo, ser muy grande en estas condiciones. Las aeronaves son muy sensibles a ellas. La turbulencia se manifiesta por los "meneos", como sucede a un automóvil en un mal camino. Los efectos de la turbulencia se perciben cuando se forman tempestades de arena o de polvo, en las regiones donde se producen.

El otro tipo de turbulencia, la turbulencia mecánica, se designa igualmente por la expresión de turbulencia de rozamiento. Es muy generalizada y resulta de lo rugosidad del suelo. La turbulencia se acentúa por el paso del aire sobre los edificios, los árboles, las colinas, etc. También puede originarse por la cizalladura del viento.

Cuando un fluido circula en las proximidades de una superficie límite estacionaria, la velocidad, que es nula en contacto con la superficie, crece progresivamente al atravesar la capa de rozamiento o capa límite. A distancia suficiente, la velocidad del fluido no se altera por la presencia de la superficie límite: es el movimiento libre que no es frenado por el rozamiento. El movimiento es regular o laminar cuando la velocidad del movimiento libre es inferior a un valor limite que depende del fluido y de la estructura de la superficie.

Al contrario, cuando la velocidad del flujo libre pasa de un cierto límite, el movimiento se hace inestable y se transforma en movimiento turbulento.

Los torbellinos se forman cerca de la superficie límite y derivan luego hacia la corriente. La capa de rozamiento o capa límite es más espesa cuando el movimiento es turbulento.

Los torbellinos producidos en el curso de la turbulencia mecánica tienen ejes que pueden tener todas las direcciones. Se desarrollan tanto más fácilmente cuanto la velocidad del viento es más elevada y el gradiente de temperatura más grande.

La turbulencia mecánica es menor sobre el mar o sobre un terreno relativamente liso. La turbulencia mecánica se reduce cuando la atmósfera es estable o el viento es débil.

Una turbulencia intensa puede producirse a gran altitud en aire despejado. Es la turbulencia en aire claro. Constituye frecuentemente un peligro para las aeronaves que vuelan a esas altitudes.

Los efectos de los diversos tipos de turbulencia se estudiarán con detalle un poco más adelante.

La temperatura de la atmósfera decrece en general cuando nos elevamos en altitud. Acontece, sin embargo, que la temperatura crece con la altitud en ciertas capas de la atmósfera. Se dice entonces que hay una inversión de temperatura, o, más simplemente, inversión.

La inversión puede producirse a partir del suelo; se dice que es una inversión en superficie o de capas bajas. Cuando la inversión se produce en una capa situada a una cierta altitud se denomina inversión en altitud.