Causas generales
Velocidad del viento en la superficie de la Tierra. Las franjas blancas, entre los 40° - 50° de latitud, presentan las máximas velocidades constantes del viento.La primera descripción científica conocida del viento se debe al físico italiano Evangelista Torricelli,
...los vientos son producidos por diferencias en la temperatura del aire, y por tanto de la densidad, entre dos regiones de la Tierra.
Otras fuerzas que mueven el viento o lo afectan son la fuerza de gradiente de presión, el efecto Coriolis, las fuerzas de flotabilidad y de fricción y la configuración del relieve. Cuando entre dos masas de aire adyacentes existe una diferencia de densidad, el aire tiende a fluir desde las regiones de mayor presión a las de menor presión. En un planeta sometido a rotación, este flujo de aire se verá influenciado, acelerado, elevado o transformado por el efecto de Coriolis en cualquier parte de la superficie terrestre en la que nos encontremos. La creencia de que el efecto de Coriolis no actúa en el ecuador es un error: lo que sucede es que los vientos van disminuyendo de velocidad a medida que se acercan a la zona de convergencia intertropical y esa disminución de velocidad queda automáticamente compensada por una ganancia en altura del aire en toda la zona ecuatorial. A su vez, esa ganancia en altura da origen a la formación de nubes de gran desarrollo vertical y a lluvias intensas y prolongadas, ampliamente repartidas en la zona de convergencia intertropical, en especial en la zona ecuatorial. La fricción superficial con el suelo genera irregularidades en estos principios afectando al régimen de vientos, como por ejemplo el efecto Föhn ([3] ).
Globalmente hablando, el factor originador y predominante a gran escala es la diferencia de calentamiento entre unas zonas y otras de acuerdo con determinados factores geográficos y astronómicos así como por variaciones estacionales o temporales producidas por los movimientos de rotación y traslación del planeta. Cuando hablamos de viento nos referimos siempre a los vientos en la superficie terrestre hasta cierta altura que varía según la latitud, el relieve y otros factores. A su vez, este movimiento superficial del aire denominado viento tiene una compensación en altura que casi siempre sigue una trayectoria opuesta a la de los verdaderos vientos en superficie. Así, una depresión, ciclón o área de baja presión en la superficie producida por el calentamiento superficial del aire obliga al aire caliente a ascender dando origen a una zona de alta presión en altura donde el aire frío y seco desciende hacia las zonas desde donde procedía el aire en la superficie: de esta manera se forman los cumulonimbos, tornados, huracanes, frentes y otros fenómenos meteorológicos. Una compensación en altura a la dirección de los vientos es las corrientes en chorro que se producen a gran altura y a gran velocidad ([4] ). La extraordinaria velocidad de estas corrientes en altura (unos 250 km/h) se debe a la escasa densidad del aire a la altura donde se producen. En efecto, estos vientos compensan a los vientos del oeste que se dirigen superficialmente entre América del Norte y Europa a través del Atlántico y también entre Asia y América del Norte en la misma dirección y con las mismas características. Como estas corrientes de chorro tienen una altura similar a la que usan los aviones en sus vuelos trasatlánticos, la diferencia entre el vuelo en un sentido o en otro puede ser de un par de horas o más.
Los vientos se definen como un sistema que tiene la atmósfera para alcanzar el equilibrio mecánico de fuerzas, lo que permite descomponer y analizar los características de éste. Es muy habitual simplificar las ecuaciones de movimiento atmosféricas mediante distintas componentes de vientos, que sumados dan lugar al viento existente. La componente del Viento geostrófico es el resultado de realizar el equilibrio entre la fuerza de Coriolis y la fuerza del gradiente de presión. Este viento fluye paralelo a las isobaras y se puede decir que los efectos de la fricción en latitudes medias son despreciables para las capas altas de la atmósfera ([5] ). El viento térmico es un viento que diferencia dos niveles que solo existen en una atmósfera con gradientes de temperatura horizontales o baroclinia.
El viento del gradiente es similar al geostrófico pero también incluye el equilibrio de la fuerza centrífuga.
Características físicas de los vientos
Anemómetro, sensor de velocidad y dirección del viento.El estudio sistemático de las características del viento es muy importante para:
Dimensionar estructuras de edificios como silos, grandes galpones, edificaciones elevadas, etc.;
Diseñar campos de generación eólica de energía eléctrica;
Diseñar protección de márgenes en embalses y los taludes de montante en las presas.
La medición de la velocidad y dirección del viento se efectúa con instrumentos registradores llamados anemómetros, que dispone de dos sensores, uno para medir la velocidad y otro para medir la dirección del viento. Las mediciones se registran en anemógrafos.
Para que las mediciones sean comparables con las mediciones efectuadas en otros lugares del planeta, las torres con los sensores de velocidad y dirección deben obedecer a normativas estrictas dictadas por la OMM - Organización Meteorológica Mundial.
Velocidad de los vientosEl instrumento más antiguo para conocer la dirección de los vientos es la veleta que, con la ayuda de la rosa de los vientos, define la procedencia de los vientos, es decir, la dirección desde donde soplan. La manga de viento utilizada en los aeropuertos suele ser bastante grande y visible para poder ser observada desde los aviones tanto en el despegue como, en especial, en el aterrizaje.
La velocidad, esto es la rapidez y dirección de los vientos se mide con el anemómetro, que suele registrar dicha dirección y rapidez a lo largo del tiempo. La intensidad del viento se ordena según su rapidez utilizando la escala de Beaufort. Esta escala se divide en varios tramos según sus efectos y/o daños causados, desde el aire en calma hasta los huracanes de categoría 5 y los tornados.
El record de mayor rapidez del viento en la superficie terrestre lo tiene el Monte Washington en New Hampshire (Estados Unidos), con 231 millas por hora, es decir, 372 km/h, registrado en la tarde del 12 de abril de 1934.
La causa de esta rapidez tan grande del viento está en la configuración local del relieve, que forma una especie de ensilladura de norte a sur que fuerza al viento del oeste a concentrarse en el paso como si fuera un embudo. Es importante señalar que esta enorme rapidez sólo se alcanza en una especie de tobera poco extendida, siendo mucho menor a una corta distancia de este punto. Todas las cordilleras del planeta tienen puntos similares, donde los vientos soplan con fuerza por la existencia de abras, pasos, collados o ensilladuras donde se concentra y acelera el paso del viento. En Venezuela, la carretera trasandina pasa una ensilladura de este tipo entre la cuenca del río Mocotíes y la depresión del Táchira y que tiene el nombre muy apropiado de Páramo Zumbador por la fuerza del viento.
Medida del vientoLa dirección del viento es el punto cardinal desde el que se origina éste y se mide con la veleta. Por ejemplo, el viento del norte viene, obviamente, desde el norte y se dirige hacia el sur. En los aeropuertos se usan las mangas de viento para indicar la dirección del viento y estimar la velocidad a partir del ángulo que forma la manga con el suelo.
Las veletas tienen indicadas en la parte inferior las direcciones de los vientos con los puntos cardinales y los puntos intermedios, conformando así lo que se conoce como rosa de los vientos, que se emplean con una brújula en los mecanismos de navegación de las embarcaciones desde hace muchos siglos. La velocidad del viento se mide con anemómetros, de forma directa mediante unas palas rotativas o indirectamente mediante diferencias de presión o de velocidad de transmisión de ultrasonidos. Otro tipo de anemómetro es el tubo pitot que determina la velocidad de viento a partir de la diferencia de presión de un tubo sometido a presión dinámica y otro a la presión atmosférica.
Circulación general de los vientos
Rosa de los vientos junto a la Torre de Hércules, en la provincia de La Coruña.El movimiento del aire en la troposfera, que es el que mayor importancia tiene para los seres humanos, siempre tiene dos componentes: la horizontal, que es la más importante (cientos y hasta miles de km) y la vertical (10 km o más) que siempre compensa, con el ascenso o el descenso del aire, el movimiento horizontal del mismo. El ejemplo de los tornados sirve para identificar el proceso de compensación entre el avance horizontal del aire en movimiento y el ascenso del mismo: el remolino inicial de un tornado gira a gran velocidad levantando y destruyendo casas y otros objetos, pero en la medida en que asciende el viento, el cono giratorio del tornado se hace más ancho, por lo cual disminuye su velocidad de giro. Dicho ejemplo de los tornados es muy útil porque se ha logrado obtener una información estupenda, de primera mano y estudiar bien todos los procesos generales que ocurren en cualquier tipo de viento. Pero en especial, la transformación del movimiento lineal del viento superficial en un movimiento giratorio de ascenso vertical del mismo puede verse en cualquier remolino o tornado fácilmente y hasta en cualquier nube de desarrollo vertical como un cumulonimbo o un huracán: varía el tamaño o extensión pero el proceso es el mismo.
Circulación planetaria. Obsérvese el abultamiento ecuatorial de la atmósfera en la zona ecuatorial (sección dibujada a la derecha)Y en tipos de vientos que recorren grandes distancias ocurre el mismo proceso. Así tenemos que los vientos alisios, que circulan entre los trópicos y el ecuador, recorren grandes distancias en sentido noreste-suroeste en el hemisferio norte y en sentido sureste-noroeste en el hemisferio sur. Pero estos vientos cuando llegan cerca del ecuador ascienden forzosamente, no tanto por la convergencia intertropical, sino por el abultamiento ecuatorial, que es mucho más notorio por razones de densidad en los océanos que en los continentes, y aún más notorio en la atmósfera que en los océanos y al ascender producen nubes de desarrollo vertical y lluvias intensas, con lo que su velocidad de traslación disminuye rápidamente. Al enfriarse el aire ascendente y perder la humedad que traían con la condensación y posterior precipitación tenemos un aire frío y seco. Como el aire muy frío es más pesado, tenderá a bajar hacia la superficie formando una especie de plano inclinado que va desde el ecuador hasta los trópicos, siendo su dirección la opuesta a la de los alisios. Esta corriente de aire o viento en la zona superior y media de la troposfera va bajando y desviándose hacia la derecha hasta completar el ciclo de los alisios. Vemos así que el principio de conservación de la materia (y por ende, de la energía) que formulara Lavoisier en el siglo XVIII se cumple perfectamente aquí y los alisios se ven compensados casi perfectamente por los vientos en altura que fueron denominados contralisios, aunque este nombre no haya tenido mucho éxito. Numerosos trabajos que se refieren al tema de los contralisios niegan su existencia, tal vez porque ese retorno de aire seco y frío se hace sin nubes, con lo que no se puede ver la trayectoria de los mismos. Pero la comprobación experimental de los mismos puede verse en la carencia de nubes en el mar de las Antillas: la alta presión originada por los vientos de retorno denominados contralisios da origen al descenso de un aire frío y seco y los climas de las islas donde este proceso ocurre (Antillas holandesas y venezolanas, por ejemplo, con una precipitación anual en Aruba o en la Orchila de algo más de 100 mm) da origen a un clima inusualmente seco, muy bien explicado por Glenn T. Trewartha sobre los climas secos del litoral del Caribe de Colombia y Venezuela.
El mismo proceso puede verse en los grandes desiertos, donde las noches son sumamente frías y los días sumamente cálidos, en los que pueden darse enormes amplitudes térmicas diarias de 30 y hasta 40 °C.