Fenòmens meteorològics

Contingut


El Sol

El Sol és l’estrella que està més a prop de la Terra. Bé, a prop relativament, perquè està a 150 milions de quilòmetres!

L’energia que la Terra rep del Sol és en forma de radiacions. Aquestes radiacions són producte de les reaccions nuclears que es produeixen al seu interior i que fan que la seva superfície estigui a una temperatura de 6000ºC

Una part de la radiació que la Terra rep és energia lumínica, fonamental per el desenvolupament de gran part dels processos biològics. Una altra part és energia calorífica que escalfa la seva superfície  i aquesta, un cop calenta, la retorna en forma de radiació infraroja. Aquest procés fa que l’aire s’escalfi  de baix cap a dalt. Per això la temperatura de l’aire és més baixa a les muntanyes que a nivell del mar.

 

El Vent

Per què fa vent?

La causa de que hi hagi vent és la temperatura. Hem vist que dins els núvols es creen corrents convectives d’aire originades per la diferència de temperatura. També hem vist que l’aire càlid és mes lleuger que el fred, i això fa que la pressió atmosfèrica (el pes de l’aire sobre els nostres caps) també sigui diferent d’unes zones a les altres. Quan una massa d’aire calent puja deixa sota seu una zona amb menys pressió (baixa pressió). Llavors, l’aire viatja de les zones de més pressió atmosfèrica a les de menys, intentant igualar-la.

L’aire gairebé no està mai quiet. I no ho està perquè la temperatura no és igual a tot arreu. Hi ha diversos motius perquè la temperatura variï:

  • La distribució de mars i terres n’és un, ja que la terra s’escalfa molt més i molt més ràpid que no pas el mar.
  • La coberta vegetal o rocosa del sòl també origina temperatures diferents, sobretot quan els toca el Sol.
  • Però hi ha un motiu determinant i importantíssim que provoca una distribució de temperatura molt diferent a la Terra: la seva forma.

Si la terra fos plana i orientada cap al Sol, s’escalfaria tota de manera semblant, però no és així. L’esfericitat de la Terra fa que a les àrees properes a l’equador la radiació solar incideixi de forma perpendicular i escalfi més. Conforme ens allunyem cap als pols, la radiació cau de forma més inclinada i escalfa cada cop menys. L’angle d’incidència dels rajos solars sobre la superfície determina la quantitat d’energia que rep. Per això fa molt més fred als pols que a l’equador. Seguint aquest principi si estem estesos a  la platja ens cremarem més a migdia, quan el sol està a dalt de tot i cau perpendicular, que cap al vespre quan el sol està prop de l’horitzó i els seus rajos incideixen en nosaltres de forma molt inclinada.

A més, la Terra viatja al voltant del Sol al llarg de l’any, i com que l’equador terrestre està una mica inclinat respecte del pla de la seva òrbita al voltant del Sol, la part de la Terra que està ben encarada cap al Sol varia al llarg de l’any. Això és el que fa que existeixin les estacions: la primavera, l’estiu, la tardor i l’hivern.  Quan és estiu a l’hemisferi nord és hivern a l’hemisferi sud!

A  l’equador tenim aire calent, que és menys dens (pesa menys) que l’aire fred que hi ha als pols. Com que pesa menys hi haurà baixes pressions, és a dir, hi haurà depressions, representades amb una D als mapes del temps.

Als pols, l’aire fred i dens farà que la pressió sigui alta i hi haurà altes pressions, o anticiclons, representats amb una A als mapes. L’aire equatorial ascendirà i el lloc que deixarà serà ocupat per aire més fred procedent dels pols. L’aire, circulant, intentarà igualar les pressions.

D’aquesta manera sempre hi hauria vent del nord a l’hemisferi nord i vent del sud a l’hemisferi sud. Per sobre d’aquests vents n’hi hauria de sentit contrari per tancar la circulació. Aquest seria un model molt senzill de circulació atmosfèrica, però al capítol següent veurem que no és el real. I per què no és real? Doncs perquè la terra no està quieta sinó que gira!

Els Núvols

Per a que es formi un núvol calen  unes condicions favorables per tal que el vapor d’aigua es condensi, i això es pot aconseguir de dues maneres: augmentant la quantitat de vapor d’aigua o fent baixar la temperatura.

Un augment del vapor d’aigua es pot donar prop del mar, d’un riu o d’un llac, i pot ajudar a que es formi boira. Però el més freqüent és que l’aire humit es refredi i d’aquesta manera  es produeixi la condensació sense  que augmenti la quantitat de vapor (ja que l’aire fred és capaç de contenir menys vapor d’aigua que l’aire calent).

És important recordar que l’aire calent pesa menys que el fred i té tendència a pujar, mentre que l’aire fred i més pesant té tendència a desplaçar-se cap a la part més baixa de la troposfera.

En quines situacions es refreda l’aire?

Principalment en tres situacions:

  1. La primera: a la nit amb el refredament que es produeix quan no hi ha radiació solar. Així és com es formen la major part de les boires.
  2. La segona: quan una massa d’aire passa sobre una superfície més freda. Així es formen algunes menes de boira.
  3. La tercera, i més important: per l’ascens de l’aire. Quan una massa d’aire puja arriba a llocs on la pressió atmosfèrica (el pes de la columna d’aire que té al damunt) és més baixa. Aleshores s’expandeix (passa a ocupar més volum) i això fa que es  refredi. Així és com es formen generalment els núvols.

Però què fa pujar l’aire?

Novament trobem diversos motius:

  • Quan l’aire d’un lloc està més calent que el dels voltants. Per exemple l’aire calent que es genera damunt d’una ciutat a causa de la seva activitat (indústries calefaccions, etc.). Aquest fenomen de d’ascens de l’aire calent  s’anomena convecció.
  • Quan el vent empeny una massa d’aire humit cap a una muntanya, aquesta obliga l’aire a remuntar-la i a pujar pels seus vessants a capes més altes. A aquest fenomen se li diu ascens orogràfic.
  • Front càlid: es dóna quan una  massa d’aire calent avança i es troba amb una massa d’aire més fred i pesant. Això fa que l’aire calent pugi per sobre del fred.
  • Front fred: es dóna quan una massa d’aire fred avança i es troba una massa d’aire més calent. Això fa que l’aire fred, més pesant, empenyi  l’aire calent ràpidament cap amunt (és com si es fiques per sota)

Els fronts, o separacions de masses d’aire de temperatures diferents, van associats a les depressions i els veiem dibuixats als mapes ìsobàrics. Ens marquen la zona on es poden desenvolupar els núvols i, per tant, la zona on pot ploure.

La Humitat

Quan en meteorologia parlem d’humitat, ens estem referint a la quantitat de vapor d’aigua que conté l’aire. A la naturalesa l’aigua que es troba en estat líquid tendeix a evaporar-se a un ritme variable en funció de la temperatura. A més temperatura més evaporació. Així, doncs, l’aigua dels mars, dels rius, dels llacs, i la que conté la superfície de la Terra contínuament s’està evaporant, sobretot quan la temperatura és alta, quan fa vent o quan la humitat de l’aire és baixa. Les plantes també aporten vapor d’aigua a l’atmosfera en el procés conegut com a transpiració.

L’aire conté sempre una certa quantitat de vapor d’aigua, invisible als nostres ulls. A partir d’una determinada quantitat, l’aire ja no  pot contenir més aigua en estat gasós i diem que se satura i comença a condensar-se, és a dir, a passar a la fase líquida. Aleshores es formen petites gotes que poc a poc es fan visibles: és un núvol (o boira si està prop de terra). És important saber que quant més calent està l’aire més vapor pot contenir sense condensar-se. I a l’inrevés, un aire molt fred fa que el vapor es condensi amb una humitat molt més baixa .

Així doncs un núvol està format per aigua líquida i no per vapor d’aigua (si no, no es veuria!). El reflex de la llum del Sol en les gotes d’aigua fa que el veiem de color blanc.

La Pluja i la Neu

Per formar un núvol necessitem que el vapor d’aigua que conté es condensi. Però el vapor d’aigua no es condensarà per formar aigua líquida si no té un suport on fer-ho. Prop de terra el vapor es condensa, per exemple, a les fulles de les plantes o sobre els cotxes i forma la rosada durant les nits fredes i humides. Les impureses que l’aire conté com poden ser partícules de sal procedents dels mars, pols aixecada de terra en dies de vent, contaminació, etc. són nuclis microscòpics que  serveixen de suport per a la condensació.   Per tant, les condicions necessàries per a la formació de núvols són: humitat, ascens d’aire i impureses de l’aire.

Del núvol a la pluja, la neu…O la calamarsa

Les gotes generades així són molt petites i en cas de caure s’evaporarien abans d’arribar a terra. Però quan comencen a caure dins el núvol aquestes gotetes van xocant  amb d’altres i van creixent cada vegada més fins que tenen prou massa per arribar a terra abans d’evaporar-se.

Si totes aquestes condicions es donen en un ambient on la temperatura estigui per sota dels zero graus (0ºC). Aleshores ja no es formen gotetes, sinó cristalls de gel i quan xoquen entre sí es formen flocs de neu.

La calamarsa es forma en un tipus de núvol concret: el Cumulonimbus. Són núvols que poden arribar als 15000 metres d’altura. Degut a la  diferència de temperatura entre la base i el cim és creen fortes corrents ascendents d’aire calent  dins el núvol. Aquestes corrents arrosseguen les gotes d’aigua que en arribar a la part alta, més freda, es congelen i cauen de nou. En el seu camí arrosseguen altres gotes i es fan més grans. Aquest cicle de pujar i baixar dins el núvol es repeteix fins que el gra de calamarsa te prou pes per no ser arrossegat de nou pel corrent ascendent. Llavors cau a terra. Si el gra de gel té més d’un centímetre de diàmetre s’anomena “pedra”.

La predicció del temps: abans

Fa molts anys, la predicció del temps era molt difícil i es basava en l’experiència de la gent que havia observat els fenòmens atmosfèrics a ull nu, sense cap instrument. Només fent relacions entre els tipus de núvols, de vent, de temperatura… I en molts casos, observant el comportament animal. Aquest sistema era l’únic que tenien per esbrinar quin temps faria a l’endemà. Però aquest sistema no funcionava  per saber què passaria al cap de tres dies o què passaria a un poble situat en una altra vall.  Això encara passa avui en alguns pobles petits, on els pagesos fan servir aquesta experiència heretada dels seus antecessors.

Per poder esbrinar científicament el temps que farà, cal conèixer primer com està actualment la situació meteorològica. Necessitem representar en un mapa els valors de la pressió atmosfèrica, de l’estat del cel i de la temperatura de molts punts. Aleshores, si s’uneixen amb línies els punts que tenen una mateixa pressió atmosfèrica s’obté un mapa d’isòbares. La temperatura i l’estat del cel ens ajuden a situar les masses d’aire i, per tant, els fronts, que són zones on és probable que plogui. Quan tenim el mapa, i sabent que les depressions i els fronts acostumen a viatjar d’oest a est a una velocitat d’uns 500 km cada dia, podem fer-nos una idea de com estarà la situació i, per tant, el temps, l’endemà.

Cap el segle XVIII es van començar a prendre mesures de les principals variables meteorològiques. Aquestes dades podien donar una idea de com estava la situació meteorològica, però per poder construir un mapa del temps calia que totes elles corresponguessin a un mateix moment i això, amb els mitjans de transport que hi havia, no es podia fer. El temps necessari per passar les dades de diferents ciutats era tan gran que quan s’aconseguia reunir-les, la situació meteorològica ja havia canviat i les dades no servien de res.

Al segle XIX, concretament el 1832, Samuel Morse va inventar el telègraf i això ja permetia la comunicació per cable de llocs molt allunyats i la transmissió de dades meteorològiques gairebé instantània. I gràcies a això es van poder dibuixar els primers mapes de situació actual.

La predicció del temps: avui

Actualment es comença també tenint una descripció inicial de l’estat de l’atmosfera. S’obté de les previsions del dia anterior, d’algunes observacions d’estacions meteorològiques de superfície i d’observacions a diferents altituds, subministrades per globus sonda que es deixen anar i que són capaços de pujar fins a més de 20 Km d’altitud i anar transmetent dades.

Totes aquestes dades, s’introdueixen en un model meteorològic capaç de simular el comportament de l’atmosfera mitjançant complicades equacions matemàtiques. Aquest model conté informació referent a la posició de les muntanyes, de masses d’aigua i la seva temperatura, etc. Tot això es gestiona mitjançant potents ordinadors i dóna com a resultat  l’elaboració dels mapes del temps.

Aquests mapes, on figuren els anticiclons, les depressions i els fronts, si són interpretats per persones amb molta experiència en la predicció meteorològica d’un cert lloc, proporcionen molta informació del temps que pot fer, i constitueixen la base de la predicció del temps.

Constantment es van incorporant eines, mitjans i instruments nous  per fer la predicció del temps. El Radar meteorològic, Internet, programes de gestió de dades més potents  i la constant intercomunicació de coneixements i experiències entre meteoròlegs de tot el mon, fan possible que cada dia les prediccions siguin més precises, més fiables i més valuoses per a la societat.

La Terra

La Terra no només gira al voltant del Sol (aquest moviment origina les estacions), sinó que també gira sobre sí mateixa un cop cada dia, i això és importantíssim per entendre què li passa a l’atmosfera i com s’organitza.

Com que la Terra gira, els corrents d’aire es deriven i no són rectilinis. Imagineu que l’aire que està  al pol nord està quiet (la Terra, als pols només gira però no es desplaça), llavors  comença a viatjar cap el sud, on la Terra sí que té un moviment, cada cop més ràpid, d’oest cap a est. A l’aire, que estava parat, li costa contagiar-se  del moviment de la Terra i es retarda respecte d’ell. L’aire té realment un moviment rectilini, però per algú que s’ho mira des de la Terra, l’aire es desvia cap a la dreta de la seva trajectòria.

Això és el que s’anomena la desviació de Coriolis, i és importantíssima, ja que desvia tots els corrents d’aire i fa que la circulació atmosfèrica es compliqui molt i neixin nous cinturons d’anticiclons i depressions, que l’aire giri al voltant d’ells, que apareguin els vents de llevant a les zones temperades i els alisis, també de llevant, a les zones tropicals. És la complicadíssima circulació general atmosfèrica. La desviació deguda a la força de Coriolis no l’experimenta només l’aire, sinó qualsevol cosa que es mogui sense estar perfectament lligada a la Terra.

Per exemple, la bala d’un canó que dispara molt lluny. Si no es tingués en compte aquesta desviació la bala no encertaria mai l’objectiu.

O el curs d’un riu llarg que vagi de nord a sud o de sud a nord, com el Mississipi, on es pot observar que s’erosiona més la riba dreta que l’esquerra.

O les vies d’un tren que circula segons un meridià: el rail dret es desgasta més que l’esquerra!

L’atmosfera

L’atmosfera és la capa gasosa que envolta la Terra. Està formada per una barreja de gasos. Els més abundants són el nitrogen i l’oxigen. Però d’altres, tot i ser minoritaris, són molt importants per la funció reguladora que fan. L’ozó ens protegeix de la radiació ultraviolada que ve del Sol i que seria mortal per a molts sistemes biològics. El diòxid de carboni fa de termoregulador, conserva  l’escalfor  de la Terra evitant que la  temperatura  sigui massa baixa. I el vapor d’aigua, que és el causant de la formació dels núvols que fan possible la pluja i la neu, tan necessàries per la vida al nostre planeta.

La densitat de l’atmosfera no és uniforme, l’aire és molt més dens (i pesa més) prop de la superfície i tal com pugem es va fent més lleuger. Tant, que a 100 quilòmetres d’altura gairebé no trobem gasos atmosfèrics. El pes de l’aire que tenim damunt nostre l’anomenem pressió atmosfèrica. Per tant, quan més alt pugem menys quantitat d’aire tindrem a sobre, és a dir, menys pressió atmosfèrica.

L’atmosfera es divideix en quatre capes que es diferencien per l’evolució de la temperatura en cadascuna d’elles.

  • La Troposfera és la més propera a la superfície i és on es produeixen els fenòmens meteorològics. Té un gruix d’uns 12 quilòmetres i la temperatura baixa a mesura que pugem, des d’uns 15ºC a nivell de mar fins uns  -60ºC a la seva part més alta.
  •  L’estratosfera se situa damunt la troposfera, entre els 12 i els 50 quilòmetres, i la temperatura augmenta amb l’altura. Mentre al seu límit més baix la temperatura és de -60ºC,  a la part més alta arriba als 0ºC. Això es degut a què la part superior de la estratosfera conté una capa molt rica en ozó que absorbeix la radiació ultraviolada, que prové del sol, i la converteix en calor.
  •  La mesosfera se situa damunt l’estratosfera, entre els 50 i els 80 quilòmetres, i la temperatura torna a baixar dels 0ºC a la part més baixa fins els -90ºC al seu límit superior. Es considera la part més freda de tota l’atmosfera.
  •  La termosfera se situa damunt la mesosfera, entre els 80 i  200 quilòmetres , la temperatura es dispara fins a 1000ºC, però com que gairebé no hi ha aire que pugui transmetre aquesta calor, la temperatura no té el mateix sentit que té prop de la superfície, i un termòmetre no ens la marcaria bé.

Les tempestes

Hi ha un tipus de núvol baix (el cumulonimbus), molt espectacular, que es forma quan hi ha una diferència important de temperatura entre l’aire que es troba prop de terra i el que hi ha més amunt. Si l’aire que tenim per sobre està molt més fred que el que el que hi ha a la superfície, es creen corrents verticals molt forts (convecció) que formen aquests núvols de tempesta.

Aquests núvols poden donar lloc a xàfecs forts, a calamarsades, i a llamps. Com que els corrents verticals arriben a més de 10 quilòmetres, l’aigua es glaça encara que estiguem a l’estiu i pot caure calamarsa o pedra.

El fet que el núvol tingui una part líquida (base del núvol)  i una part glaçada (cim del núvol) afavoreix que es carregui elèctricament amb diferències de potencial que poden ser de desenes de milions de volts. Quan aquestes càrregues superen un cert límit es produeix la descàrrega elèctrica o llamp. Els llamps poden anar d’una part del núvol a una altra o del núvol a terra.

El corrent elèctric que genera un llamp és tan intens que escalfa l’aire del seu voltant a una temperatura que pot arribar als 30.000ºC en dècimes de segon. L’aire escalfat es dilata tan ràpidament que genera una ona de xoc que produeix el “tro” i que se sent com una explosió .  Com que el tro viatja a la velocitat del so (uns 340 metres per segon) en 3 segons recorre un quilòmetre. Si dividim entre 3 els segons que passen entre que veiem un llamp i sentim el tro sabrem a quants quilòmetres ha caigut el llamp.

 

L’atmosfera és la capa gasosa que envolta la Terra. Està formada per una barreja de gasos. Els més abundants són el nitrogen i l’oxigen. Però d’altres, tot i ser minoritaris, són molt importants per la funció reguladora que fan. L’ozó ens protegeix de la radiació ultraviolada que ve del Sol i que seria mortal per a molts sistemes biològics. El diòxid de carboni fa de termoregulador, conserva  l’escalfor  de la Terra evitant que la  temperatura  sigui massa baixa. I el vapor d’aigua, que és el causant de la formació dels núvols que fan possible la pluja i la neu, tan necessàries per la vida al nostre planeta.

La densitat de l’atmosfera no és uniforme, l’aire és molt més dens (i pesa més) prop de la superfície i tal com pugem es va fent més lleuger. Tant, que a 100 quilòmetres d’altura gairebé no trobem gasos atmosfèrics. El pes de l’aire que tenim damunt nostre l’anomenem pressió atmosfèrica. Per tant, quan més alt pugem menys quantitat d’aire tindrem a sobre, és a dir, menys pressió atmosfèrica.

L’atmosfera es divideix en quatre capes que es diferencien per l’evolució de la temperatura en cadascuna d’elles.

  • La Troposfera és la més propera a la superfície i és on es produeixen els fenòmens meteorològics. Té un gruix d’uns 12 quilòmetres i la temperatura baixa a mesura que pugem, des d’uns 15ºC a nivell de mar fins uns  -60ºC a la seva part més alta.
  • L’estratosfera se situa damunt la troposfera, entre els 12 i els 50 quilòmetres, i la temperatura augmenta amb l’altura. Mentre al seu límit més baix la temperatura és de -60ºC,  a la part més alta arriba als 0ºC. Això es degut a què la part superior de la estratosfera conté una capa molt rica en ozó que absorbeix la radiació ultraviolada, que prové del sol, i la converteix en calor.
  • La mesosfera se situa damunt l’estratosfera, entre els 50 i els 80 quilòmetres, i la temperatura torna a baixar dels 0ºC a la part més baixa fins els -90ºC al seu límit superior. Es considera la part més freda de tota l’atmosfera.
  • La termosfera se situa damunt la mesosfera, entre els 80 i  200 quilòmetres , la temperatura es dispara fins a 1000ºC, però com que gairebé no hi ha aire que pugui transmetre aquesta calor, la temperatura no té el mateix sentit que té prop de la superfície, i un termòmetre no ens la marcaria bé.

L’observació meteorològica

La meteorologia és l’estudi de tot allò que està suspès a l’aire (aquest és el significat de la paraula en grec). Això vol dir que aquesta ciència estudia tot allò que observem a l’atmosfera, ja siguin els núvols, la precipitació, el vent, la temperatura, etc. Per estudiar tots aquests fenòmens es necessiten estacions meteorològiques, que són capaces de mesurar la major part de les variables meteorològiques, radars, satèl·lits, etc.

El conjunt de variables meteorològiques ens descriu el que anomenem estat del temps, condicions meteorològiques o temps atmosfèric.

Abans, les estacions meteorològiques eren manuals, és a dir, que calia algú que consultés el termòmetre o el pluviòmetre i anotés en un paper els valors de temperatura o de pluja que havia mesurat. Avui en dia la major part de les estacions meteorològiques són automàtiques i funcionen amb electricitat.

Els sensors que mesuren la pluja, el vent, la temperatura, la humitat, etc., funcionen automàticament, registren i envien les dades que prenen fins el centre meteorològic del qual depèn l’estació. Això té avantatges: donen dades molt sovint, es poden fer gràfics amb l’evolució de les variables, no cal que ningú vagi a prendre dades els 365 dies de l’any, etc.  Però també té inconvenients: si falla l’electricitat, s’aturen, en general no mesuren la visibilitat, els tipus de núvols, la calamarsa o la neu, i cal fer-ne un manteniment molt estricte.

I per què són tan necessàries les estacions meteorològiques? Hi ha gent que creu que calen moltes estacions per poder fer la predicció del temps. Doncs no! La predicció meteorològica funciona amb models numèrics que no necessiten gaires dades meteorològiques de superfície.

Les dades de les estacions són necessàries bàsicament per dos motius:

  • La vigilància meteorològica i
  • La caracterització del temps que fa habitualment a un lloc. Les estacions ens ajuden, per exemple, a saber on està plovent ara mateix, i amb les seves dades podem arribar a saber si algun riu corre el perill de desbordar-se. També ens diuen si està fent molt vent, i aquestes dades poden ser necessàries després per saber si uns possibles desperfectes han estat causats realment pel vent.

Amb molts anys de dades, les estacions ens donen l’estat del temps mitjà d’un lloc. Això és el clima. La climatologia és la ciència que estudia els diferents climes del món i la seva evolució. No hem de confondre el temps amb el clima. A Galícia, per exemple, el clima és plujós (perquè hi plou sovint), però pot ser que avui el temps sigui assolellat.

Conèixer el clima d’un lloc ens ajuda a planificar les obres que es fan en un país, i no construir als llocs perillosos on alguna vegada hi ha hagut, per exemple, una inundació.

Si, gràcies a un pronòstic del temps, desallotgem una casa abans que se l’endugui el riu haurem fet un bon servei, però encara seria millor no haver construït la casa en un lloc que es podia inundar!