Comienzo comentándoles que nosotros los meteorólogos (como todo el mundo) convivimos con la gravedad a diario. Y es que la gravedad de la Tierra mantiene a la atmósfera donde la conocemos, y en conjunto con la masa de ésta, forman una fuerza muy conocida. ¿Alguna idea de cuál? ¡Claro! La presión atmosférica. La presión atmosférica no es más que el peso de la columna atmosférica, es decir, la masa de la atmósfera multiplicada por una gravedad constante (aproximadamente 9.8 m/s2). Vaya aporte el de la gravedad.
Las ondas de gravedad en realidad no son una oscilación de la gravedad. No es que la gravedad aumente o disminuya en la atmósfera (al menos no de forma perceptible, sabemos de pequeños cambios por latitud o altura). Estas ondas son, más bien, ondas provocadas por la gravedad. Y créanme que no es sólo una excusa para escribir algo, y que este no es un “todos lo hacían, yo sólo quería ser popular”. Las ondas de gravedad son importantes, sin ir más lejos pueden provocar severos accidentes aéreos.
Pero en este punto recuerdo que debo introducirlos a un par de conceptos nada complicados, pero importantes.
Estabilidad estática
La atmósfera es más fría a medida que ascendemos en ella y a su vez, es cada vez menos densa. Ahora, si una porción de aire seco (carente de humedad) comienza a ascender (por la razón que sea), se comienza a enfriar a una tasa conocida como Gradiente Adiabático Seco (unos 10 ºC por kilómetro). Este ascenso no es eterno y en algún momento el aire podría detenerse. ¿Por qué razón no seguiría ascendiendo? Bueno, no seguirá ascendiendo cuando se encuentre rodeado de aire más cálido que él, ya que al ser más frío que el entorno será también más denso, tal como nos enseñó la termodinámica. Bajo estas condiciones esa porción de aire descenderá hasta el punto en que se equilibre con su entorno. A esta condición la llamaremos Estabilidad Estática.
Gran parte de ser un meteorólogo se trata de identificar cuándo el ambiente estará bajo una condición inversa, es decir inestable. Ya que al estar inestable el aire asciende con mucha facilidad, enfriándose, condensándose, formando nubes y finalmente precipitando.
Flotabilidad
El concepto suena tan relajante y suavecito, ¿no les parece?
Bueno, en términos de la física atmosférica el aire subirá o bajará dependiendo de las diferencias de densidad y, por ende, de temperatura con el entorno. La aceleración con la que hará este desplazamiento es producto de la aceleración de gravedad y las diferencias de temperatura. Básicamente, mientras más grande es la diferencia de temperatura, más rápido subirán o bajarán los montoncitos de aire, ya que la gravedad es siempre igual.
Ahora, cuando el aire encuentra su nivel de equilibrio no es que se quede quieto inmediatamente. Lo que ocurre en ese nivel es que las parcelas entran en una oscilación de flotabilidad antes de realmente calmarse. Es como si un resorte estuviese actuando sobre y bajo el montoncito de aire antes del real equilibrio. Los meteorólogos David Brunt (inglés) y Vilho Väisälä (sueco), elaboraron una ecuación, más sencilla que el mismo apellido del segundo, para determinar esta oscilación. La frecuencia de Brunt-Väisälä es una medida de qué tan estable es la atmósfera en un momento dado y utiliza la comparación entre las temperaturas del ambiente y el montocito de aire, usando a la gravedad como aceleración para la oscilación.
Cuando las ondas se crean
Bien, el último ingrediente para formar una onda de gravedad es un forzamiento para hacer que el aire ascienda bajo una condición estable y comience a oscilar.
¿Qué les parece una montaña?
Suena bien. El aire posee un movimiento horizontal, generalmente desde el oeste, y cuando se ve enfrentado a un obstáculo, digamos la Cordillera de Los Andes, no le queda otra que ascender, y ascender, y ascender, hasta superar el obstáculo. ¡Está obligado!
Lo interesante sucede al superar la cima. Y es que al llegar arriba y no verse obligado a seguir ascendiendo el aire se dará cuenta de que es más frío y denso que su entorno y bajará, comenzando a oscilar según Brunt-Väisälä, generando una oscilación conocida como onda de gravedad (ver figura 1). El fenómeno se puede extender por kilómetros y puede estar acompañado de nubes, dependiendo de la humedad ambiente. En ese caso lo llamamos ondas de montaña (figura 2). Cuando no tiene nubes es muy peligroso, porque son fuertes corrientes de aire subiendo y bajando, y que los pilotos de aviones no pueden ver. En ese caso el fenómeno se llama turbulencia de aire claro.
Ahí está, así es cómo se forman las ondas de gravedad en la atmósfera. Sólo me queda decir: Gravedad, gracias por tanto.
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