Fundamentos de la Dinámica del Viento

1. Fuerzas Determinantes en la Dirección del Viento

El viento está influido principalmente por tres fuerzas:

• Fuerza del Gradiente de Presión: Mueve el aire desde zonas de alta presión hacia zonas de baja presión.
• Fuerza de Coriolis: Debido a la rotación terrestre, desvía el viento hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur.
• Fuerza de Fricción: Actúa cerca de la superficie terrestre, reduce la velocidad del viento y afecta su dirección.

2. Constancia de la Aceleración Gravitatoria (g)

El valor de g (aceleración debida a la gravedad) se considera constante en meteorología porque las variaciones locales en la gravedad, debidas a la altitud o a las irregularidades geográficas, son generalmente insignificantes para la dinámica atmosférica a gran escala y no alteran significativamente los cálculos meteorológicos.

3. Viento Geostrófico: Ecuación y Demostración

El viento geostrófico resulta del equilibrio entre la fuerza del gradiente de presión y la fuerza de Coriolis. Se produce lejos de la superficie, donde la fricción es despreciable. Matemáticamente se expresa como:

V_g = – (1 / ρf) ∇P

donde ρ es la densidad del aire, f el parámetro de Coriolis y ∇P el gradiente de presión. Esta relación se deduce al igualar las dos fuerzas mencionadas en el marco de referencia rotatorio de la Tierra.

4. Evolución del Viento en Maniobras de Despegue y Aterrizaje

Durante las maniobras de despegue y aterrizaje, los vientos juegan un papel crítico, especialmente los vientos cruzados y la cizalladura del viento (cambios bruscos de velocidad y/o dirección del viento en distancias cortas). El viento puede cambiar rápidamente debido a gradientes verticales y horizontales, lo que requiere ajustes continuos en el control de la aeronave. Factores locales como la topografía (colinas, valles) o estructuras cercanas (edificios, hangares) también influyen significativamente en el comportamiento del viento a baja altura.

5. Vientos Anabáticos y Catabáticos

Estos son vientos locales asociados a pendientes montañosas:

• Vientos anabáticos: Son corrientes de aire ascendentes que se producen durante el día en laderas montañosas calentadas por la insolación. El aire más cálido y menos denso asciende por la pendiente.
• Vientos catabáticos: En contraste, son vientos descendentes fríos. Ocurren típicamente por la noche, cuando el aire en contacto con la ladera se enfría por radiación, se vuelve más denso y desciende por la pendiente debido a la gravedad.

6. Viento Foehn y Brisas Marinas

• Viento Foehn (o Efecto Föhn): Es un tipo de viento catabático cálido y seco que desciende por las laderas a sotavento de una cadena montañosa. Se produce cuando el aire húmedo asciende por la ladera de barlovento, se enfría, condensa su humedad (dejando precipitación) y luego desciende por el otro lado, calentándose adiabáticamente y resultando muy seco.
• Brisas marinas y terrestres: Son vientos locales generados por las diferencias de temperatura (y por tanto de presión) entre la tierra y una gran masa de agua (mar, lago). Durante el día, la tierra se calienta más rápido que el agua, generando una baja presión relativa sobre la tierra y una alta presión sobre el agua, lo que provoca la brisa marina (del mar hacia la tierra). Por la noche, el proceso se invierte: la tierra se enfría más rápido que el agua, creando una alta presión relativa sobre la tierra y una baja sobre el agua, lo que genera la brisa terrestre (de la tierra hacia el mar).

Temas Relevantes en Meteorología Aeronáutica

Circulación Atmosférica y Fenómenos Asociados

• Vientos Alisios y su Componente Noroeste/Sureste

  Los vientos alisios soplan desde las altas presiones subtropicales (aproximadamente 30° de latitud) hacia la baja presión ecuatorial. Debido al efecto de Coriolis, tienen una componente noreste en el hemisferio norte y sureste en el hemisferio sur. Son vientos relativamente constantes en velocidad (aproximadamente 15 nudos) y dirección, cubriendo casi la mitad de la superficie del globo. Su regularidad histórica fue clave para la navegación marítima a vela. Estos vientos convergen en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). En las cercanías del ecuador, dentro de la ZCIT, pierden intensidad en las llamadas «zonas de calmas ecuatoriales». Su intensidad es generalmente mayor durante el invierno del respectivo hemisferio. Su comportamiento se explica fundamentalmente mediante el modelo de la célula de Hadley, que describe el ascenso de aire caliente y húmedo en el ecuador, su flujo hacia los polos en altura, descenso en los subtrópicos y retorno hacia el ecuador en superficie (formando los alisios).

• Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) y Peligros Asociados

  La ZCIT es la región donde convergen los vientos alisios del hemisferio norte y del hemisferio sur. Esta convergencia en superficie, junto con el fuerte calentamiento solar en la zona ecuatorial, provoca un intenso ascenso de aire. Esta región es fácilmente reconocible en imágenes satelitales como una banda casi continua de nubosidad convectiva (cúmulos y cumulonimbos).

  La posición de la ZCIT varía estacionalmente, siguiendo el desplazamiento aparente del Sol: se desplaza hacia el norte durante el verano del hemisferio norte (alcanzando su posición más septentrional en julio) y hacia el sur durante el verano del hemisferio sur (posición más meridional en enero). Las ondulaciones y variaciones en su posición latitudinal también se deben al desigual calentamiento entre las superficies continentales y oceánicas.

  Los peligros asociados a la ZCIT para la aviación incluyen tormentas convectivas intensas (cumulonimbos), turbulencia severa, engelamiento y fuertes precipitaciones. En incidentes aéreos, como el del vuelo AF447, la presencia de cristales de hielo en la cima de grandes cúmulos convectivos (CB) dentro de la ZCIT fue identificada como un factor contribuyente relevante (pueden afectar a los tubos Pitot).

• Corrientes en Chorro (Jet Streams)

  Las corrientes en chorro son flujos de aire estrechos y rápidos localizados en la alta troposfera o baja estratosfera. Se caracterizan por vientos muy intensos (velocidad mínima de 60 nudos, pero pueden superar los 200 nudos) y una fuerte cizalladura del viento, tanto vertical como horizontal.

  Se forman principalmente debido a los fuertes gradientes horizontales de temperatura (y por tanto de presión) que existen entre masas de aire con características diferentes. Los tipos principales son:

  • Corriente en chorro polar: Se encuentra asociada al frente polar, separando el aire frío polar del aire templado de latitudes medias.
  • Corriente en chorro subtropical: Se sitúa cerca de los 30° de latitud, asociada al descenso de aire de la célula de Hadley.
  • Otras corrientes menos permanentes o más específicas pueden incluir la corriente en chorro ecuatorial (en la alta troposfera, con dirección este-oeste) y la corriente en chorro ártico.

  La corriente polar suele ser más intensa y variable en posición que la subtropical, especialmente en invierno, cuando las diferencias térmicas entre el polo y el ecuador son mayores.

  Estas corrientes no fluyen rectas, sino que presentan un flujo ondulado (ondas de Rossby) que tiene una influencia fundamental en las condiciones meteorológicas en superficie, dirigiendo el movimiento de borrascas y anticiclones. Cuando estas ondas se amplifican y se estancan (situación de bloqueo), pueden generar fenómenos meteorológicos extremos y persistentes, como olas de calor, lluvias intensas o sequías prolongadas.

• Bucle de Realimentación Negativa

  (Se necesita más contexto para desarrollar este punto específico en el ámbito meteorológico/climático).

Ciclo del Carbono y Sostenibilidad

(Contenido pendiente de desarrollo).

Tormentas y Fenómenos Asociados

• Explicación del dibujo primario (¿Ciclo de vida de la tormenta?).
• Descripción general de tormentas, engelamiento y peligros asociados.
• Probabilidad de impacto de rayo en diferentes altitudes y zonas de la aeronave (posiblemente con referencia a un gráfico).
• Mantenimiento relacionado con impactos de rayo o daños por tormenta.

Engelamiento y Congelación

• Diferencia entre cristales de hielo y engelamiento: Definir engelamiento (acumulación de hielo por impacto de gotas de agua subenfriada) y determinar los factores que lo favorecen (temperatura, contenido de agua líquida, tamaño de gota). Explicar por qué la acumulación de agua en estado líquido afecta a la aeronave y por qué podría no afectar (o afectar menos) a aeronaves de gran envergadura en ciertas condiciones.
• Congelación de combustible a bordo: Causas (bajas temperaturas a gran altitud). Soluciones: Calentamiento por efecto RAM (aumento de velocidad, que también aumenta la resistencia), descenso a niveles de vuelo más bajos y cálidos (abandonando el nivel óptimo operativo).
• Holdover Time (HOT): Tiempo estimado durante el cual un fluido anticongelante/descongelante aplicado en tierra protege las superficies de la aeronave.
• Acumulación de hielo en tierra y sistemas antihielo en vuelo: Por qué los sistemas antihielo en vuelo se concentran en el borde de ataque (donde impactan las gotas subenfriadas y se forma el hielo en vuelo). Justificación económica (coste de calentar toda el ala vs. solo el borde de ataque).

Visibilidad

• Visibilidad general y visibilidad aeronáutica (definiciones y diferencias).
• Alcance Visual en Pista (RVR – Runway Visual Range): Medida instrumental de la distancia a la que un piloto puede ver las marcas de la pista. Se utiliza cuando la visibilidad es baja (típicamente por debajo de 1500 metros) para determinar si las operaciones de despegue y aterrizaje son seguras.

Cenizas Volcánicas

• Peligrosidad de las cenizas volcánicas para las aeronaves: Efectos abrasivos en parabrisas y bordes de ataque, acumulación en motores causando pérdida de potencia o fallo (por fusión y solidificación en las partes calientes), obstrucción de sensores (tubos Pitot, sensores de temperatura), problemas en sistemas de ventilación y electrónicos.
• Detección: El radar meteorológico a bordo generalmente no detecta las cenizas finas. Se detectan mediante satélites, radares terrestres especializados, observaciones visuales (pilotos, estaciones en tierra), modelos de dispersión y sensores específicos (lidar).

Turbulencia

• Tasa de Disipación de Remolinos (EDR – Eddy Dissipation Rate): Qué es (una medida objetiva de la intensidad de la turbulencia atmosférica, independiente del tipo de aeronave). De qué depende (gradientes de viento, inestabilidad atmosférica, ondas de montaña, convección, etc.).
• Tipos de Turbulencia: Térmica, mecánica, de cizalladura, de onda de montaña, en aire claro (CAT – Clear Air Turbulence), asociada a estelas de otras aeronaves (wake turbulence).

Instrumentación Meteorológica

• Radar Meteorológico: Principios de operación (emisión de microondas y detección de la señal reflejada por precipitación). Dónde es más eficiente (detectando gotas de lluvia, granizo, nieve húmeda). Qué detecta (principalmente precipitación, intensidad, movimiento) y qué no detecta bien o en absoluto (nubes sin precipitación, niebla, ceniza volcánica fina, engelamiento, turbulencia en aire claro).
• Criterios de Evolución del RVR: Cómo se mide y cómo cambian los valores reportados en función de las condiciones de visibilidad y la tendencia observada.

Etiquetas: fuerza de Coriolis, meteorología aeronáutica, viento, viento geostrófico