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7. Masas de aire y frentes. 7.1. Masas de aire. Se llama masa de aire a un cierto volumen de aire de grandes dimensiones (miles de kilómetros), que posee unas propiedades físicas (presión, temperatura, humedad, etc.) homogéneas horizontalmente. Las principales características que identifica...

7. Masas de aire y frentes. 7.1. Masas de aire. Se llama masa de aire a un cierto volumen de aire de grandes dimensiones (miles de kilómetros), que posee unas propiedades físicas (presión, temperatura, humedad, etc.) homogéneas horizontalmente. Las principales características que identifican a una masa de aire son la temperatura y la humedad. Las características de la masa de aire han sido adquiridas paulatinamente por permanecer durante un cierto periodo de tiempo sobre una gran superficie, terrestre o marítima, denominada región manantial o fuente. Así, por ejemplo, si la superficie sobre la que se encuentra es fría, la masa de aire tenderá a enfriarse, mientras que, si la superficie sobre la que se encuentra es marítima, tenderá a adquirir humedad. En base a sus características, se establece la siguiente clasificación y designación: Según la temperatura y Ártica dependiendo de la latitud donde se genera: Polar Tropical Ecuatorial Según la humedad: Seca: si la región fuente es continental Húmeda: si la región manantial es marítima Por tanto, la combinación de estas dos características dará lugar a la clasificación de las masas de aire según su origen en 8 posibles tipos de masas de aire. Las características de la masa de aire adquiridas de su fuente manantial varían en el tiempo conforme se desplaza sobre diferentes superficies. Los cambios en sus propiedades dependen de las propiedades iniciales de la masa de aire, la velocidad de desplazamiento y la naturaleza de la superficie sobre la que se desplace. 7.2. Frentes. Un frente es la frontera entre dos masas de aire de diferentes temperaturas y densidades. Los frentes no pueden mezclarse de forma inmediata debido a que sus densidades son distintas, así pues, en lugar de mezclarse, la masa más ligera y caliente empieza a ascender por encima de la masa fría y densa. El frente se encuentra entonces en la transición entre ambas, es decir, es la franja de separación entre las dos masas de aire. Los frentes están asociados a depresiones y se clasifican en función de la masa de aire que empuja. Frío Cuando una masa de aire frío desplaza a una caliente ocupando su lugar, avanzando como una cuña y obligando al aire caliente a ascender. Si en el aire que asciende se produce la condensación del vapor de agua, aparecen nubes de desarrollo vertical y precipitaciones Cálido Cuando una masa de aire caliente es la que desplaza a la fría. En este caso, el aire caliente asciende por encima del frío, lo que puede provocar un enfriamiento y la posterior condensación consiguiente con formación la de nubosidad y precipitaciones. Al igual que en los frentes fríos, las características del tiempo dependerán del grado de humedad y estabilidad de la masa de aire Estacionario Cuando se encuentran las dos masas, pero no hay desplazamiento y, por tanto, ninguna de las características de las masas de aire prevalece sobre la otra. En estos frentes, el viento tiende a soplar paralelo al frente y en sentidos opuestos. periodos Pueden de provocar precipitaciones prolongados si las masas de aire que intervienen son muy húmedas Ocluido Cuando un frente frío, que por regla general se mueve más rápido que uno caliente, alcanza el frente cálido y eleva el sector cálido en altura. En tal caso, el frente resultante en superficie es una combinación de los dos frentes anteriores La oclusión puede ser de dos tipos, oclusión de tipo frío y oclusión de tipo caliente, en función de si el aire que se encuentra detrás de la oclusión es más frío o caliente que el aire que está situado delante de la oclusión 8. Variables meteorológicas. 8.1. Nubosidad. Las nubes están formadas por un conjunto de partículas minúsculas de agua líquida y/o de hielo que se encuentran en suspensión en la atmósfera. 8.1.1 Formación de las nubes. Para que tenga lugar la formación de las nubes es necesario que:  El volumen de aire tenga una alta humedad relativa (cantidad de vapor de agua suficiente).  Se active un mecanismo por el que el volumen de aire llegue a la saturación, como el enfriamiento.  Existan núcleos de condensación (partículas higroscópicas que facilitan el proceso de condensación). El enfriamiento es el mecanismo más común en los procesos que se desarrollan en la atmósfera. Este enfriamiento de la masa de aire puede darse en la atmósfera, cuando: a. La masa de aire entre en contacto con una superficie muy fría (casos de advección y radiación). b. En una expansión adiabática, denominada así porque el enfriamiento se produce sin que haya apenas intercambio de calor entre la masa de aire y el aire circundante. Este enfriamiento sucede en casos como:  Expansión en una columna de aire ascendente (enfriamiento convectivo).  Ascenso forzado del aire en una ladera.  Convergencia del aire en superficie originando un ascenso del mismo (enfriamiento frontal).  Turbulencia del aire en las capas bajas, que transporte calor y humedad a niveles distantes del suelo. 8.1.2 Clasificación de las nubes. Las nubes pueden clasificarse de diferentes maneras en función del criterio establecido. La mayor parte de las nubes se encuentran en un rango de altitudes que varían entre el nivel del mar y el nivel de la tropopausa (0 Km - 13 Km en latitudes medias). Por convención, esta parte de la atmósfera en la que se encuentran las nubes ha sido dividida en tres pisos: alto, medio y bajo. Región polar Región templada Región tropical 3 Km-8 Km 5 Km-13 Km 6 Km-18 Km 10000 ft - 25000 ft 16500 ft - 45000 ft 20000 ft - 60000 ft 2-4 Km 6500 ft - 13000 ft 0 km-2 Km 0 ft- 6500 ft 2- 7 Km 6500 ft - 23000 ft 0 km- 2 Km 0 ft- 6500 ft 2- 8 Km 6500 ft - 25000 ft 0 km- 2 Km 0 ft- 6500 ft Pisos bajo, medio y alto en las regiones tropical, templada y polar. Fuente: Compendio de apuntes para la formación del personal meteorológico de la clase IV (B.J. Retallack) Por su parte, las nubes se clasifican, en función del piso en el que se encuentren, en cuatro tipos de familias: bajas, medias, altas y de desarrollo vertical. En el Volumen I del Atlas Internacional de Nubes, publicado por la Organización Meteorológica Mundial (OMM-Nº407, 1993), las nubes se clasifican en 10 géneros en función de su forma y características. Familias Géneros (Símbolos) Base Media (m) Tope medio (m) Cirros (Ci) Nubes altas Cirrostratos (Cs) 6.000 12.000 2.500 6.000 Estratos (St) 150 - 600 750 Estratocúmulos (Sc) 600 - 1.500 2.400 300 - 2.400 6.000 600 - 2.400 12.000 Cirrocúmulos (Cc) Altocúmulos (Ac) Nubes medias Nimbostratos (Ns) 5 Altoestratos (As) Nubes bajas Nubes de desarrollo Cúmulos (Cu) (2) vertical Cumulonimbos (Cb)6 Principales géneros de nubes, con la altura de sus bases y topes. La clasificación de las nubes en función de la familia y el género es la que aparece en la imagen. Cada uno de estos géneros se puede subdividir en especies en función de las peculiaridades y la estructura interna de la nube, y variedades, según las disposiciones de los elementos macroscópicos y el mayor o menor grado de transparencia. Altas Están formadas por cristales de hielo Cirros (i) Se componen de largos, finos y etéreos filamentos blancos y delicados formados por cristales de hielo. A esas altitudes los vientos son muy fuertes y alargan los filamentos. Los cirros son normalmente blancos y, en ocasiones, indican la aproximación de una perturbación. Cirrostratos (Cs) Velo nuboso, transparente y blanquecino, de aspecto fibroso (como cabellos) que cubre total o parcialmente el cielo. El Sol o la Luna pueden brillar atravesándolo, produciendo halos. Estos halos se forman por la refracción y reflexión de la luz en los cristales de hielo que componen la nube Cirrocúmulos (Cc) Banco, manto o capa delgada de nubes generalmente blancas sin sombras, compuesta por elementos muy pequeños en forma de granos, rizos, grumos, ondulaciones, etc., unidos o separados y distribuidos con mayor o menor regularidad Medias Están formadas por gotas de aguas, muchas de las cuales están superenfriadas o en subfusión, a veces también por cristales de hielo. Altocúmulos (Ac) Banco, capa delgada o capa de nubes blancas o grises, o a la vez blancas y grises, que tienen sombras compuestas por losetas, masas redondeadas, rodillos, etc., las cuales son a veces parcialmente fibrosas o difusas y que pueden estar unidas o no. Si se ven en una mañana húmeda y templada, indican que por la tarde pueden aparecer tormentas. Nimbostratos (Ns) Capa nubosa gris con la base rasgada y con un aspecto velado por la precipitación de lluvia o nieve que cae más o menos continuadamente desde ella. Frecuentemente aparecen nubes debajo de ella. El espesor de esta capa es suficiente para ocultar completamente el sol. Pueden llegar a extenderse hasta la superficie terrestre y por tanto considerarse nubes bajas con lluvia. Se incluyen dentro del grupo de nubes medias, aunque en ocasiones pueden alcanzar el nivel bajo y alto. Altoestratos (As) Manto o capa nubosa que habitualmente cubre el cielo completamente y tiene un color gris o azul grisáceo. Tiene partes suficientemente delgadas que permiten distinguir vagamente el Sol, como a través de un vidrio deslustrado. Los altoestratos, a diferencia de los Cirrostratos, no producen halos. Bajas Están formadas, generalmente, solo por gotas de agua líquida Estratos (St) Estratocúmulos (Sc) Capa nubosa generalmente gris que suelen cubrir todo el cielo. Los estratos normalmente parecen niebla que no llega al suelo. Nubes en forma de anco, manto o capa, grumosas y grises o blanquecinas, a veces presentan ambos colores. Suelen formar hileras con trozos de cielo azul visible entre ellas. Pueden llegar a alcanzar los tres pisos, presentando una combinación de partículas características de las nubes altas, medias y bajas. De Cúmulos desarrollo vertical (Cu) Nubes aisladas, densas y blancas. Parecen enormes bolas de algodón flotando con bordes bien definidos, la base plana y relativamente oscura y las zonas más altas con forma de coliflor. Cumulonimbos (Cb) Nube densa y potente, con una dimensión vertical considerable, en forma de montaña o enormes torres. Dan lugar a precipitaciones como tormenta o chubascos. Puede crecer hasta alturas que lleguen a la tropopausa, donde comienza un estrato estable que impide la flotabilidad, llegando a crecer algo más allá si las corrientes convectivas son muy fuertes. La base es oscura y pueden aparecer nubes desgarradas. 8.1.3 Nubosidad y techo de nubes. Una descripción completa de la nubosidad incluye la altura, la cantidad de cielo cubierto y los tipos de nubes presentes en cada una de las diferentes capas de nubes que se observen. Para estimar la nubosidad, el cielo se divide en ocho partes y se cuenta el número de partes que cada capa de nubes cubre, desde la más baja a la más alta. Cada una de estas ocho partes se llama octa. Las abreviaturas OACI utilizadas en los mensajes aeronáuticos para proporcionar el nivel de nubosidad, son las siguientes: OVC: cielo cubierto. BKN: nuboso (de 5 a 7 octas de cielo cubierto). SCT: nubosidad dispersa (de 3 a 4 octas de cielo cubierto. FEW: algunas nubes (de 1 a 2 octas de cielo cubierto). NSC: Sin nubes de importancia para las operaciones. CAVOK: Sin nubes, sin fenómenos significativos y con visibilidad mayor que 10 kilómetros. Se denomina techo de nubes a la altura sobre el suelo (tierra o agua) a la que se encuentra la base de la capa de nubes más baja, siempre que ésta cubra más de la mitad del cielo (BKN/OVC) y se halle a una altura inferior a 20.000 ft (6.000 m). Se denomina nube de importancia para las operaciones a la nube en la que la altura de la base es inferior al valor más elevado entre 1.500 m (5.000 ft) y la altitud mínima de sector más alta, o una nube cumulonimbo o cúmulo de desarrollo vertical a cualquier altura. 8.2. Visibilidad. Según Anexo 3 OACI, en sentido aeronáutico se entiende por visibilidad horizontal al valor más elevado entre los siguientes:  La distancia máxima a la que pueda verse y reconocerse un objeto de color negro de dimensiones convenientes, situado cerca del suelo, al ser observado ante un fondo brillante. Este valor está representado por el alcance óptico meteorológico (MOR, Meteorological Optical Range). Generalmente, la visibilidad se determina de esta manera durante el día.  La distancia máxima a la que puedan verse e identificarse las luces de aproximadamente 1.000 candelas ante un fondo no iluminado. Esta distancia puede variar con la iluminación del fondo. Generalmente, la visibilidad se determina de esta manera durante la noche. Por otro lado, la visibilidad vertical es la visibilidad máxima a la cual se puede ver un globo que asciende. Aeronáuticamente es la distancia vertical a partir de la cual el piloto tiene visión de la pista. La visibilidad oblicua es la distancia desde la cual un piloto, mirando a lo largo de la senda de planeo, puede ver la pista. Cuando un piloto realiza una aproximación, es la distancia desde la cual ve las ayudas para el aterrizaje del umbral de la pista. Como el segmento correspondiente a la distancia entre el avión y un objeto situado en superficie es normalmente superior a la de la correspondiente proyección horizontal y vertical de ese segmento, normalmente la visibilidad oblicua es inferior a la vertical y a la horizontal. En relación con la visibilidad oblicua, en aeronáutica se utiliza el alcance visual en pista, RVR (Runway Visual Range) que se define como la distancia hasta la cual el piloto de una aeronave que se encuentra sobre el eje de una pista puede ver las señales de superficie de la pista o las luces que la delimitan o que señalan su eje Representación gráfica de la visibilidad oblicua. La visibilidad es un parámetro de importancia esencial en las operaciones de vuelo. Aunque las nuevas tecnologías permiten operar con visibilidades bajas, es muy importante proporcionar un valor de la visibilidad lo más ajustada posible. La visibilidad se mide normalmente en metros. Su estimación puede variar según las condiciones en las que se realiza, y según la dirección. Los principales factores que influyen en ella son la humedad relativa, la posición del sol y la dirección en la que sopla el viento. Otros factores que también influyen en la estimación de la visibilidad son el tamaño y color del objeto, la iluminación (artificial, del sol o de la luna), la agudeza visual del observador y la posición desde la que se estima la visibilidad. Luces que señalan el eje de una pista. En los informes meteorológicos aeronáuticos METAR/SPECI, se cifra la denominada visibilidad reinante, que es el valor máximo de la visibilidad, observado de conformidad con la definición de visibilidad en sentido aeronáutico, al que se llega dentro de un círculo que cubre por lo menos la mitad del horizonte o por lo menos la mitad de la superficie del aeródromo de forma continua o discontinua. Cuando la visibilidad fluctúe rápidamente y no pueda determinarse la predominante, se cifra la visibilidad mínima. En el apartado 8.1 se detallará el impacto que las situaciones de baja visibilidad pueden producir en las operaciones aéreas. 8.3. Precipitación. Se denomina precipitación al conjunto de partículas líquidas o sólidas que, procedentes de las nubes, alcanzan el suelo. Para que se produzca precipitación es necesario que las gotas de agua o cristales de hielo adquieran un tamaño adecuado para que venzan las corrientes ascendentes y caigan libremente por efecto de la gravedad. Según sea la altura a la que ha comenzado la caída y la distribución de temperaturas del aire por donde pasa en su descenso, la precipitación será de agua, nieve, aguanieve, lluvia helada (gotas que se congelan en el momento del contacto) o granizo. TIPO NUBE TIPO PRECIPITACIÓN De desarrollo vertical: Cumulonimbos (Cb) y Precipitaciones, intensas y en forma de chubasco, ocasionalmente Cúmulos (Cu), cuando el frecuentemente en forma de tormenta. desarrollo vertical es de gran extensión. Nubes estratiformes, sobre todo Altoestratos Precipitaciones de carácter continuado e intensidad (As) y Nimbostratos (Ns). moderada. Altoestratos. Precipitaciones débiles o moderadas y continuas. 8.3.1 Tipos de precipitación  Chubascos: Tipo de precipitación que se inicia y cesa bruscamente, es relativamente intensa y de no mucha duración. Los chubascos pueden ser de agua, de nieve o de agua y nieve mezcladas. Las gotas son relativamente grandes comparadas con las observadas en otro tipo de precipitación, y proceden de nubes convectivas.  Precipitaciones intermitentes: No son necesariamente continuas en la superficie terrestre, aunque las nubes que las originan forman un manto más o menos continuo. Además, el principio y final de los períodos de precipitación no son normalmente bruscos, como en los chubascos. Dado que este tipo de precipitación no está asociado normalmente a nubosidad de tipo convectivo, la observación del tipo de precipitación permite inducir el tipo de nubosidad que la produce.  En ocasiones, especialmente cuando la humedad relativa es baja y/o la temperatura elevada, las precipitaciones se evaporan antes de llegar al suelo creando estructuras filamentosas bajo la nube denominadas virgas. Las precipitaciones afectan a las operaciones: o En vuelo, reduciendo la visibilidad (según la intensidad de la precipitación acontecida). o Generando cizalladura vertical y horizontal debido a las corrientes de aire verticales originadas por la caída de las gotas. o Por engelamiento, adhiriendo hielo en el avión en caso de que las temperaturas sean inferiores a 0ºC. o En el aterrizaje, ya que disminuyen la eficacia de frenado y pueden producir aquaplanning si existen charcos de agua o placas hielo en la pista. En relación a lo segundo, para evitar la formación de hielo en las pistas después de una nevada se considera necesario limpiarlas ya que, si las temperaturas descienden por debajo de 0ºC y no se limpian, se forma hielo. o En el rodaje, ya que, si existen placas de hielo o depósitos de nieve en las calles de rodadura, disminuye la velocidad de la aeronave y aumentan los tiempos de ocupación de los viales y de la pista. 8.4. Viento. El viento es el flujo de aire en la atmósfera. El movimiento del aire es originado principalmente por la fuerza que resulta de la diferencia o gradiente de presión que existe entre dos masas de aire, siendo proporcional a éste. Sin embargo, el movimiento del aire también resulta influenciado por otras fuerzas como son las de la rotación de la tierra (fuerza de Coriolis), la fuerza centrífuga y el rozamiento con la superficie terrestre (fuerza de rozamiento). El viento es un vector que consta de dos magnitudes llamadas intensidad y dirección, y se expresa por su velocidad. La intensidad se expresa en millas/hora (nudos) que es la medida aeronáutica estándar, pero también en metros/segundo o en kilómetros/hora en otros contextos. La dirección, por su parte, se expresa en relación a su procedencia y en grados sexagesimales. Para ello se toma como 0º el norte verdadero (norte geográfico) y se mide en el sentido de giro de las agujas del reloj el ángulo formado entre la dirección de donde procede el viento y el norte geográfico. Uno de los fenómenos meteorológicos más críticos en las maniobras de aterrizaje y despegue en pista es el viento. Los aviones deben realizar las operaciones de aterrizaje y despegue en contra del viento. Sin embargo, es posible realizar estas operaciones con ligero viento en cola. El valor máximo admisible de componente de viento en cola depende del tipo de avión y de la longitud de la pista. La componente transversal del viento a la pista limita la posibilidad de realizar el aterrizaje o despegue con seguridad. El límite máximo de componente transversal que toleran las aeronaves varía entre 15 y 35 kt, y depende del tipo de aeronave y de las condiciones de la pista. Aeronaves en pista preparándose para el despegue. 8.4.1 Vientos locales: brisas. Son vientos a escala local que soplan de día del mar hacia tierra (brisa de mar) y durante la noche al revés (brisa de tierra). La causa principal de este movimiento de aire es el diferente calentamiento de la superficie del mar y de la tierra causado por la radiación solar. Esta diferencia en el calentamiento es debida a la diferencia de calores específicos de la tierra y del mar. Durante el día, la tierra se calienta más que el mar; por tanto, la columna de aire que está encima de la tierra se dilata y tiende a elevarse. En consecuencia, la presión en tierra será menor que la presión a la misma altura en el mar. Al haber una diferencia de presión, se produce un desplazamiento de aire en superficie de mar a tierra, donde la presión es menor. Este desplazamiento se denomina brisa de mar. Por otro lado, al ascender y enfriarse el aire, éste se expande hacia el mar, cerrando el circuito. Durante la noche sucede lo contrario; la tierra se enfriará más rápidamente que el mar, produciéndose un área de alta presión sobre la tierra y otra de baja presión al mismo nivel sobre el mar. Esta diferencia de presión produce un desplazamiento de aire de la tierra al mar, que es lo que se denomina brisa de tierra. Circulación de la brisa de mar y la brisa de tierra. En ausencia de vientos no locales, las brisas son predominantes en zonas de costa y siguen un ciclo diario idéntico y repetitivo y, por tanto, predecible, Esto sígnica que los aeropuertos situados cerca de zonas costeras pueden adaptar los ejes de sus pistas y sus configuraciones fácilmente siguiendo el patrón de brisas en el área en la que se sitúan. 8.4.2 Vientos locales: Efecto Foehn. Es un fenómeno meteorológico que se produce en el lado de sotavento de una cadena montañosa. Se caracteriza por el aumento de temperatura y disminución de la humedad relativa del aire que se produce en un punto de ese lado, en relación con un punto a la misma altura en el lado de barlovento. Una masa de aire asciende por una zona montañosa en el lado de barlovento. Este ascenso, y por tanto enfriamiento, se supone adiabático (sin intercambio de calor con la atmósfera circundante). Esta masa de aire, si contiene suficiente cantidad de vapor de agua, puede condensarse al llegar a una cierta altura, formar nubes y originar precipitación en forma de agua o nieve, perdiendo así parte de su humedad y ascendiendo según el gradiente adiabático saturado, que es menor que el seco. Posteriormente, desciende por la ladera opuesta calentándose por compresión adiabática, según el gradiente adiabático seco. Por su más rápido recalentamiento en la ladera de sotavento, la temperatura de este aire seco al llegar al valle tras el ascenso será significativamente superior a la que tenía inicialmente cuando ascendía la cadena montañosa desde la misma altitud. Este fenómeno de recalentamiento y resecamiento es el que se conoce como efecto Foehn. Descripción gráfica del efecto Foehn.