Fenómenos asociados a las perturbaciones

Lo que ocurre cuando una perturbación que haya alcanzado su madurez pasa sobre una estación: primeramente el frente caliente, después el frente frío separados por el sector cálido.

Cuando se acerca el frente cálido, la presión baja, tanto más cuanto más cerca esté el frente. Al mismo tiempo, la nubosidad y las precipitaciones lo mismo que la humedad aumentan. En general, la temperatura varía poco o crece lentamente hasta que el frente en superficie alcance la estación.

Entonces, se produce una elevación brusca de la temperatura, cuya importancia depende del contraste entre las dos masas de aire separadas por el frente. Al paso del frente, la nubosidad decrece o el cielo se aclara enteramente. Esta parte de la perturbación se llama sector cálido.

En este sector, la nubosidad depende de las características de la masa de aire que ocupa esta región, entre las que se encuentran su temperatura, su humedad y el gradiente vertical de temperatura. Sin embargo, la temperatura permanece relativamente alta. Primeramente, el barómetro se estaciona o señala una ligera baja; después, una baja más marcada a la llegada del frente frío.

Cuando se aproxima un frente frío abrupto y bien delimitado, el viento del sector cálido refresca y si el aire es húmedo e inestable se ven aparecer nubes cumuliformes. Estas nubes descienden cuando el frente se acerca y se forman cumulonimbus con precipitaciones en aumento. Al paso mismo del frente se produce una vigorosa turbonada con giro brusco en la dirección del viento en el momento en que el aire frío alcanza la estación. A continuación, después de la llegada del frente se produce una marcada subida de presión.

Normalmente, se produce un rápido despeje de nubes cuando el frente tiene una pendiente fuerte. Sin embargo, en las regiones montañosas u oceánicas pueden originarse tormentas si el aire situado detrás del frente es húmedo e inestable.

Esta descripción corresponde a una situación teórica. Sin embargo, conviene recordar que no todas las perturbaciones corresponden a este esquema. Las nubes y las precipitaciones asociadas a una perturbación dada dependen esencialmente de la temperatura, de la humedad y del gradiente vertical de temperatura de las masas consideradas.

La perturbación

Durante la primera guerra mundial, la falta de observaciones de las regiones vecinas, en particular de los océanos, incitó a los meteorólogos noruegos a establecer en su propio país una red densa de estaciones de observación para intentar compensar esta falta. De esta forma reunieron una información abundante y detallada, en particular sobre los ciclones extratropicales. Un grupo de meteorólogos del instituto de geofísica de bergen, pudieron desarrollar un modelo de depresión móvil que sirviese de base a la teoría de las perturbaciones del frente polar.

Según esta teoría, pueden formarse depresiones móviles sobre el frente polar. Después se descubrió que se pueden formar otros frentes en los cuales existe la posibilidad de que se originen depresiones. Estas se forman alrededor de una deformación en forma de onda sobre el frente.

Algunas de estas ondulaciones evolucionan poco y acaban desapareciendo. Estas son las ondas estables.

Sin embargo, algunas veces, la amplitud de la ondulación aumenta hasta tal punto que acaba por empujar las masas de aire polares o tropicales lejos de su región generadora y provocar su evolución y después su mezcla. Tales ondulaciones se llaman inestables. También se las llama perturbaciones.

La amplitud de las ondulaciones inestables aumenta hasta que parecen romperse como las olas del océano. La siguiente figura representa esta evolución en el hemisferio norte. La misma evolución, para una perturbación del hemisferio sur, esta esquematizada en la 2da imagen

Formacion y evolucion de una perturbación en el hemisferio norte.

 

Formacion y evolucion de una perturbación en el hemisferio sur.

El esquema a) representa el frente que separa el aire calido tropical del aire frio polar frio. Mientras que la perturbacion se desarrolla se forma una depresion de valor creciente alrededor de ella, como lo muestran los esquemas b) y c).

Modelo teórico del frente frío

En general, la pendiente de los frentes fríos es abrupta. Por lo tanto, su producción de nubes y precipitaciones es más violenta cuando el aire frío reemplaza al aire cálido y húmedo. El frente puede ir acompañado de cumulonimbus, vientos turbulentos y ráfagas, fuertes lluvias y algunas veces tormentas. Cuando el frente frío actúa sobre el aire húmedo inestable se puede observar una línea de turbonada acompañada de tormentas y un brusco giro del viento.

Debido a que el frente frío es abrupto provoca en una distancia muy corta un levantamiento del mismo orden que el producido en una zona mucho más extensa en la parte de delante de un frente caliente. Por lo tanto, va acompañado de una zona mucho más estrecha de nubes y de precipitaciones que la correspondiente a los frentes calientes. Su acción es de corta duración, pero violenta.

Modelo teórico del frente caliente

Cuando el aire caliente es húmedo, la llegada de un frente caliente se anuncia por la aparición de cirrus, después cirrostratus que forman un velo de espesor creciente. Si el aire cálido es inestable y turbulento se pueden observar cirrocumulus (cielo aborregado).

A medida que el frente se acerca, el aire cálido está cada vez más bajo y las nubes pertenecen al piso medio tales como altostratus o altocumulus.

La lluvia o la nieve comienzan cuando los altostratus se espesan. Sin embargo, sucede que estos hidrometeoros se evaporan antes de alcanzar el suelo, formando virgas bajo la capa nubosa principal.

Con la llegada de los nimbostratus las precipitaciones se hacen cada vez más intensas. Muy a menudo se observan también nubes bajas en el aire frío que se forman a consecuencia de la evaporación de las gotas y del agua de lluvia del suelo.

Los fenómenos que acompañan el frente caliente dependen estrechamente de las características que posea el aire cálido antes de elevarse. Además, debido a la débil velocidad de ascendencia sobre la pendiente poco acusada del frente, la mayoría de las fuertes lluvias sólo pueden explicarse por la presencia de grandes convecciones en el aire cálido, que, por lo tanto, tiene que ser inestable.

Fenómenos asociados con los modelos teóricos de frentes

Los fenómenos que se producen en la proximidad de los frentes dependen de un cierto número de factores, en particular de las características de las masas de aire y de la forma de actuar una sobre otra. Sin embargo, es cómodo razonar sobre modelos teóricos de frentes fríos o calientes.

En los siguientes posts, se describirán los fenómenos meteorológicos que pueden estar asociados a estos modelos teóricos, sin olvidar que muy frecuentemente se apartan de la realidad. por ejemplo: si el aire caliente es estable y seco, el desarrollo de las nubes es más limitado y puede que no se produzcan precipitaciones.

Clasificación de los frentes

Con anterioridad ya se ha hablado de las depresiones de origen frontal. como caso particular, comprenden las que se forman a lo largo del frente polar que separa las masas de aire polar y tropical. A continuación se estudiararemos este proceso con más detalle.

Para simplificar, supóngase que el frente polar sea una superficie plana. No es vertical, sino que presenta una inclinación hacia el polo a partir de su intersección con la superficie del globo.

En algunos puntos del frente polar, el aire frío, más denso, avanza hacia el ecuador en forma de cuña bajo el aire cálido que es obligado a elevarse. la parte del frente polar donde esto se produce es un frente frío y en ella el aire polar frío reemplaza al aire cálido tropical.

También existen partes del frente donde el aire cálido, más ligero, se desplaza hacia los polos elevándose por la pendiente formada por el aire frío. En este caso, esta parte del frente polar es un frente cálido y en ella el aire cálido tropical reemplaza al aire polar frío.

En general, la pendiente del frente frío es más abrupta que la del frente cálido. Por término medio, un frente frío se eleva 1 km por cada 75 km de distancia horizontal. En el caso de un frente caliente, la pendiente es del orden de 1 km por cada 250 km.

La siguiente imagen representa los dos tipos de frentes. Para que la figura sea mas clara, las dimenciones verticales se han exagerado. sin embargo, es necesario recordar que las pendientes anteriormente citadas no son más que medias y puede suceder que la pendiente de un frente frío sea inferior a la de un frente caliente.

Generalidades sobre los frentes

Nunca se observan en la atmósfera superficies de discontinuidad claras entre dos masas de aire. Más bien hay zonas de transición donde las propiedades del aire pasan gradualmente de las que tiene una masa a las de la otra. Por lo tanto, es más correcto utilizar la expresión zona frontal. sin embargo, en Meteorología sinóptica sigue utilizándose corrientemente el término frente.

En general, la zona frontal tiene varios kilómetros de espesor pero es más cómodo representarla, en los mapas meteorológicos, por una línea. No obstante, se puede reservar el uso de la expresión "zona frontal" cuando se quiere insistir sobre el carácter gradual del paso de una masa a otra.

En el caso más sencillo, una zona frontal separa masas de aire de diferente densidad. en los mapas sinópticos se puede observar diferencias de temperatura y, con bastante frecuencia, de humedad en las proximidades de la zona frontal. Estas diferencias son más marcadas que las variaciones despreciables que pueden existir sobre grandes distancias dentro de cada masa.

Regiones generadoras de masas de aire

Para que una masa de aire tome propiedades uniformes es necesario que se estacione, más o menos, durante cierto número de días sobre una gran región donde la superficie subyacente tenga también características bastante uniformes. Esta región se llama región generadora de masa de aire.

Este aire estacionario se encuentra, la mayoría de las veces, en los grandes anticiclones fijos o lentamente móviles donde, en la proximidad de su centro, el gradiente de presión es débil y el viento flojo o nulo en una gran extensión.

El aire también puede permanecer estacionario durante largo tiempo sobre otras regiones. a menudo, se observan grandes anticiclones en invierno sobre los continentes.

Nubes asociadas a una ascendencia de gran extensión horizontal a lo largo de una zona frontal

Uno de los elementos de la circulación general es el frente polar. Las perturbaciones se forman a lo largo del frente polar, que separa el aire cálido tropical del aire más frío de las latitudes altas.

Las depresiones que acompañan las perturbaciones del frente polar están asociadas, con frecuencia, a extensos movimientos ascendentes que afectan a la atmósfera en un gran espesor.

Las interacciones entre las masas de aire cálidas y frías se pueden presentar de diferentes maneras. En el curso del desarrollo de una perturbación del frente polar es posible, a menudo, distinguir dos tipos principales de frentes: un frente cálido y un frente frío. En ambos casos, la superficie frontal está inclinada, con el aire frío por debajo y el cálido encima.

Cuando el movimiento de la zona de transición entre las dos mases de aire es tal que el aire cálido reemplaza al frío, se denomina frente cálido. La pendiente de un frente es, generalmente, débil y el aire cálido se eleva lentamente por encima de la masa de aire frío. Durante este movimiento se pueden formar nubes estratiformes en el aire cálido, si contiene humedad suficiente. Nimbostratus, altostratus, cirrostratus y cirrus se pueden formar en los diferentes pisos de la atmósfera. 

Cuando el movimiento de la zona de transición entre las masas de aire se desplaza de manera que el aire frío reemplaza al aire cálido, es un frente frío. Las formaciones nubosas asociadas a un frente frío se diferencian, según la estabilidad y la humedad del aire cálido, así como en función de la pendiente del frente. En general, la pendiente de un frente frío es mayor que la de un frente cálido.

Cuando la pendiente del frente frío es débil, las formaciones nubosas pueden ser análogas a las de un frente cálido pero los diversos tipos de nubes se presentan en orden inverso cuando llegan o un lugar dado, es decir que las nubes más bajas aparecen en primer lugar, seguidas de nubes cada vez más altas, según se aleje el frente. El tipo de nubes que se forman, depende en la realidad, de la estabilidad y de la humedad del aire que asciende.

A veces, la pendiente de un frente frío puede ser relativamente fuerte. En este caso, puede provocar fenómenos violentos, sobre todo si el aire cálido elevado es ya húmedo e inestable. Se caracteriza, entonces, por el desarrollo de grandes cumulus y de cumulunimbus en el aire cálido que pueden producir grandes chubascos, vientos turbulentos con ráfagas y a veces tormentas.

En general, la ascendencia del aire cálido se produce en el interior de una zona estrecha debido a la fuerte pendiente del frente. Las nubes y los diversos fenómenos asociados a un frente frío de fuerte pendiente están habitualmente limitados a una región estrecha inmediata a la zona frontal. 

Otros tipos de formaciones nubosas son también posibles en función de las características de las masas de aire presentes y del estado de desarrollo de las perturbaciones del frente polar, que se estudiarán más detalladamente en los capítulos siguientes.