Temperatura

LA TEMPERATURA DEL AIRE El calor y la temperatura son dos conceptos estrechamente relacionados entre sí. El calor es un forma de energía que se manifiesta en los cambios de estados y en dilataciones y contracciones. Se mide en unidades energéticas La temperatura es una condición o característica del calor que determina cuál de dos cuerpos, en presencia, lo recibe o lo cede. Se mide en unidades especificas para esta magnitud.

Escalas de temperatura En la actualidad se encuentran en uso en todo el mundo tres escalas de temperatura: La escala Celsius La escala Kelvin La escala Fahrenheit

La escala Celsius (º C). Utiliza como parámetro la propiedades del agua la cual alcanza el punto de congelación a los 0º C y el punto de ebullición a los 100º C al nivel del mar.

La escala Kelvin en esta, la temperatura mas baja (0 K) se conoce como cero absoluto y es aquella en que el movimiento atómico es mínimo y corresponde a 273º C. Debido a que los átomos no pueden estar sin movimiento nada puede ser mas frió que el cero absoluto. En la escala Kelvin no se utiliza el símbolo º (grados). La temperatura expresada en Kelvin es siempre igual a : º C + 273

La escala Fahrenheit (º F), para esta escala en esta se tomó como base la temperatura del cuerpo humano (100º F), acá el agua congela a 32º F y tiene su ebullición a 212º F, Entre estas dos medidas existen 180º F, de esta manera, los grados F no son equivalentes a los Celsius o Kelvin. La relación con los º C es de de 100/180 o 5/9. Para convertir estas escalas una en otra basta utilizar las siguientes ecuaciones: F = (9/5 C) + 32            C = 5/9 (F – 32)

Variaciones de temperatura La cantidad de energía solar recibida, en cualquier región del planeta, varía con la hora del día, con la estación del año y con la latitud. Estas diferencias de radiación originan las variaciones de temperatura. Por otro lado, la temperatura puede variar debido a la distribución de distintos tipos de superficies y en función de la altura. Ejercen influencia sobre la temperatura: La variación diurna, distribución latitudinal, variación estacional, tipos de superficie terrestre y la variación con la altura.

Variación diurna Se define como el cambio de temperatura, entre el día y la noche, debido a la rotación de la tierra. La Tierra recibe calor durante el día por radiación solar, pero continuamente lo pierde por radiación terrestre. El calor y el frío dependen del desequilibrio entre la radiación solar y terrestre. Durante el día la radiación solar sobrepasa a la radiación terrestre y la superficie se vuelve más calurosa.

En la noche, la radiación solar cesa, pero la radiación terrestre continúa y enfría la superficie. El enfriamiento continúa aún después de la salida del sol, hasta que la radiación solar nuevamente exceda la radiación terrestre. La temperatura mínima generalmente se produce despues de la salida del sol, algunas veces con un desfase de una hora.

Variación estacional Esta característica de la temperatura se debe al hecho que la Tierra circunda al Sol, en su órbita, una vez al año, dando lugar a las cuatro estaciones: verano, otoño, invierno y primavera. Como se sabe, el eje de rotación de la Tierra está inclinado con respecto al plano de su órbita; entonces el ángulo de incidencia de los rayos solares varía, estacionalmente, en forma diferente para ambos hemisferios. Es decir, el Hemisferio Sur es más cálido que el Hemisferio Norte durante los meses de diciembre, enero y febrero, porque recibe más energía solar.

Variación con la latitud La forma de la Tierra, determina una variación en el ángulo de incidencia de la radiación solar sobre la superficie. Como la Tierra es esférica, el sol se encuentra más perpendicularmente en las regiones ecuatoriales, que en las latitudes más altas. Las regiones ecuatoriales, por lo tanto, reciben mayor energía y son más calurosa. Los rayos del sol que inciden con una mayor inclinación en latitudes más altas, entregan menos energía en un área dada, siendo los polos los que reciben menos.

Variación con la topografía La distribución de continentes y océanos produce un efecto muy importante en la variación de tempertura. Al establecerse diferentes capacidades de absorción y emisión de radiación entre tierra y agua (capacidad calorífica), podemos decir que las variaciones de temperatura sobre las áreas de agua experimentan menores amplitudes que sobre las sólidas. Sobre los continentes, existen diferentes tipos de suelos en cuanto a sus características: desérticos, selváticos, etc., por ejemplo, suelos muy húmedos, como pantanos o ciénagas, actúan en forma similar a las superficies de agua, atenuando considerablemente las variaciones de temperatura.

También la vegetación espesa tiende a atenuar los cambios de temperatura, debido a que contiene bastante agua, actuando como un aislante para la transferencia de calor entre la Tierra y la atmósfera. Por otro lado, las regiones desérticas o áridas permiten grandes variaciones en la temperatura. Esta influencia climática tiene a su vez su propia variación diurna y estacional.

Los vientos prodominantes son un factor muy importante en la variación de la temperatura. Por ejemplo, en áreas donde los vientos proceden predominantemente de zonas húmedas u oceánicas, la amplitud de temperatura es generalmente pequeña; como caso interesante, se puede citar que en muchas islas, la temperatura permanece aproximadamente constante durante todo el año. Por otro lado, los cambios de temperatura son más pronunciados cuando el viento prevaleciente sopla de regiones áridas, desérticas o continentales.

Variación con la altitud. Sabemos que la temperatura normalmente desciende con el aumento de altitud a través de la troposfera. Este descenso de temperatura con la altitud se define como “Gradiente Vertical de Temperatura” y el promedio de descenso de temperatura (Gradiente Vertical Promedio) en la troposfera es de 2º C / 1000 pies. En algunas ocasiones la temperatura aumenta con la altura, este aumento se define como una inversión de temperatura (inversión térmica), se dice entonces que el gradiente es negativo.

Inversiones de temperatura Una inversión se produce cuando la temperatura del aire aumenta con la altura. Esta situación es muy común pero generalmente está confinada a una capa relativamente superficial.

Inversion térmica Perfil de temperatura típico en la costa de la zona central de Chile.

Por lo general, las altas concentraciones de contaminantes del aire están relacionadas con las inversiones ya que estas inhiben la dispersión de los contaminantes. Los tres tipos de inversión principales se deben a diversas interacciones atmosféricas y presentan diferentes períodos de duración.

Inversiones de temperatura

Inversión por radiación La inversión por radiación es el tipo más común de inversión superficial y se produce con el enfriamiento acelerado de la superficie terrestre. A medida que la Tierra se enfría, la capa de aire cercana a la superficie también lo hace. Si este aire se enfría a una temperatura menor que la del aire de la capa superior, se vuelve muy estable y la capa de aire cálido impide cualquier movimiento vertical

Las inversiones por radiación generalmente se producen desde las horas finales de la tarde hasta las primeras de la mañana, con el cielo despejado y vientos calmados, cuando el efecto de enfriamiento es mayor. Las mismas condiciones que conducen a las inversiones nocturnas por radiación, determinan la inestabilidad durante el día. Los ciclos de inestabilidad a lo largo del día e inversiones durante la noche son relativamente comunes

Por consiguiente, los efectos de las inversiones por radiación generalmente son de corta duración. Los contaminantes que quedan entrampados debido a las inversiones son dispersados por la vigorosa mezcla vertical producida cuando la inversión se interrumpe después del amanecer.

Sin embargo, en algunos casos el calentamiento diario que sigue a una inversión nocturna por radiación puede no ser lo suficientemente fuerte para disminuir la capa de inversión. Por ejemplo, una niebla espesa puede acompañar la inversión y reducir el efecto de la luz solar al día siguiente. En condiciones adecuadas, pueden generarse varios días de inversión por radiación con altas concentraciones de contaminantes.

A menudo, una inversión de temperatura se inicia cerca de la superficie en noches claras y y frías cuando el viento es suave. El suelo al irradiar energía se enfría mucho más rapido que el aire sobre él. El aire en contacto con la tierra se enfría, mientras que la temperatura a unos cuantos metros más arriba cambia muy poco. Por lo tanto, la temperatura aumenta con la altura.

Inversion por subsidencia La inversión por subsidencia (figura ) generalmente está asociada con los anticiclones (sistemas de alta presión). Se debe recordar que el aire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación encontra de la dirección de las agujas del reloj. A medida que el aire desciende, la mayor presión existente en altitudes menores lo comprime y calienta en el gradiente vertical adiabático seco.

Sistema de Altas Presiones

Por lo general, este calentamiento se produce en un gradiente más acelerado que el gradiente vertical ambiental. Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia se eleva a cientos de metros sobre la superficie. Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia generalmente desciende, quizás hasta llegar al suelo, debido al enfriamiento del aire superficial.

En efecto, los días despejados y sin nubes característicos de los anticiclones propician las inversiones por radiación, de modo que se puede producir una inversión superficial durante la noche y una elevada durante el día. Si bien la capa de mezcla que se encuentra debajo de la inversión puede variar diariamente, nunca será muy profunda

A diferencia de las que se producen por radiación, las inversiones por subsidencia tienen una duración relativamente larga. Esto se debe a su relación tanto con los anticiclones semipermanentes centrados en cada océano como con los anticiclones migratorios de movimiento lento. Cuando un anticiclón se estanca, los contaminantes emitidos dentro de la capa de mezcla no se pueden diluir. Como resultado, es probable que las concentraciones de contaminantes se eleven durante algunos días.