MASAS DE AIRE Y FRENTESCuando el aire se estaciona varios días o semanas sobre una gran región tiende a adquirir determinadas características que dependen de las propiedades de la superficie subyacente. Si el aire es más frío que la superficie, se calienta a su contacto y el calor se transfiere hacia arriba a través de una capa de varios kilómetros de espesor. Del mismo modo, el aire que se estaciona sobre el océano se vuelve progresivamente más húmedo. Así tanto la temperatura como la humedad del aire tienden a ponerse en equilibrio con las superficies subyacente hasta un cierto punto que dependen de diversas factores, de los cuales el más importante es la duración del contacto.

DEFINICIÓN DE MASA DE AIRE

Cuando el aire posee propiedades similares en una gran extensión se le llama masa de aire. En cada nivel, la temperatura y la humedad tienen, aproximadamente, los mismos valores sobre grandes distancias horizontales. Regiones generadoras de masas de aire.

Para que una masa de aire tome propiedades uniformes es necesario que se estacione, más o menos, durante cierto número de días sobre una gran región donde la superficie subyacente tenga características uniformes. Esta región se llama región generadora de masa de aire. Este aire estacionado se encuentra, la mayoría de las veces, en los grandes anticiclones fijos o lentamente móviles donde, en la proximidad de su centro, el gradiente de presión es débil y el viento flojo o nulo en una gran extensión. El aire también puede permanecer estacionario durante largo tiempo sobre otras regiones. A menudo se observan grandes anticiclones en invierno sobre los continentes.

El concepto de masa de aire fue desarrollado en Noruega por los meteorólogos Bergeron y Bjerkness en los años 20 como parte de su teoría sobre el Frente Polar.

Una masa de aire se define como un volumen de aire de gran extensión cuyas propiedades físicas, sobre todo temperatura y humedad, son uniformes en el plano horizontal. Su tamaño cubre por lo general centenares e incluso miles de kilómetros cuadrados, verticalmente puede alcanzar espesores de varios kilómetros, y sus caracteres los obtiene por el contacto prolongado sobre extensas áreas oceánicas o continentales con unas condiciones superficiales homogéneas, a las que se denomina región manantial o fuente.

La adquisición de las características por parte de las masas de aire es un proceso lento, por lo que se forman en zonas donde se encuentran sistemas barométricos estacionarios, como el cinturón subtropical, Siberia, Norte de Canadá y ambos polos.

Circulación de masa de aire polar y tropical.

Movimiento de las masas de aire en el hemisferio Norte.

Nube estratiforme.

Nube cumuliformes.

CLASIFICACIÓN DE LAS MASAS DE AIRE

Clasificación Las características de temperatura y humedad obtenidas por una masa de aire están además, en gran medida, influidas por la latitud. Por esta razón se conocen varias zonas del planeta que son relativamente homogéneas y además suele ocurrir que el aire permanece sobre ellas por períodos prolongados. Por lo tanto las masas de aire, se clasifican según su lugar de origen.

Aire Antártico (A).

• Se genera en el continente antártico, sobre la región cubierta de hielo y nieve

• Se trata de aire frío, seco y estable.

Aire Polar Continental (Pc).

• Se origina en la región continental subpolar.

• Es frío y seco.

• Es característico del Hemisferio Norte y se origina en las regiones de América y Asia septentrional.

Aire Ecuatorial (E).

• Se origina en los mares tropicales.

• Es caliente y muy húmedo.

Aire Polar Marítimo (Pm).

• Nace en la zona subpolar sobre áreas marinas.

• Su trayectoria sobre el océano da lugar al aumento de la humedad.

• Es aire frío y húmedo.

Aire Tropical Continental (Tc).

• Tiene su origen en la zona continental subtropical de altas presiones.

• Es cálido; puede ser seco o húmedo.

Aire Tropical Marítimo (Tm).

• Se genera en los anticiclones subtropicales, sobre los océanos.

• Es cálido y húmedo.

MODIFICACIONES EN LAS MASAS DE AIRE

A medida que las masas de aire abandonan sus manantiales son afectadas por intercambios de humedad y temperatura con la superficie. Se calientan al pasar de una superficie fría a una caliente originándose inestabilidad, si pasa de una superficie caliente a una fria se enfriará.

Los procesos de evaporación/condensación afectarán fundamentalmente al contenido de humedad pero también a su estructura térmica debido a intercambios de calor latente. Por otro lado procesos de convergencia debidos al rozamiento con la superficie pueden producir la mezcla de la masa de aire homogeneizando sus características, alterándose de este modo su estructura vertical.

Una masa de aire alterada por procesos de este tipo se denomina masa de aire secundaria, cuando una masa de aire está más caliente que la superficie que atraviesa se le identifica con la letra w y cuando está más fria con la k. Las masas de aire de tipo k tienden a ser inestables, las w estables dando lugar a inversiones térmicas. Para que la naturaleza de una superficie marina o continental influya en las características físicas de la masa de aire que se encuentra sobre ella es necesario que sea muy extensa y uniforme en sus características físicas y que la masa de aire permanezca cierto tiempo estacionaria. 2 3 Frentes Cuando se ponen en contacto dos fluidos de densidades diferentes.

TIPOS DE MASAS DE AIRE

Las propiedades físicas de la atmósfera varían bastante de unas zonas a otras. Se puede decir que la atmósfera está dividida en distintos volúmenes que tienen las mismas propiedades físicas y que se diferencian de los otros adyacentes.

Cada uno de estos volúmenes con las mismas propiedades físicas, fundamentalmente temperatura y humedad, se denomina masa de aire. Estas propiedades se mantienen más o menos homogéneas, dentro de la masa de aire, en sentido horizontal ya que en el vertical aquellas magnitudes varían rápidamente con la altura, aunque esta variación vertical de las propiedades físicas es uniforme o casi uniforme dentro de una misma masa de aire, con lo que se registran valores constantes o casi constantes de temperatura y humedad a distintos niveles.

Las masas de aire se mueven de unas regiones a otras, trasladándose desde su lugar de origen de acuerdo a las leyes de la circulación general de la atmósfera. Al hacerlo, modifican sus propiedades al pasar por regiones con otras propiedades físicas distintas a las que inicialmente tenía la masa de aire. Las masas de aire se pueden clasificar desde un punto de vista geográfico o desde un punto de vista termodinámico.

Desde el punto de vista geográfico se clasificarán las masas de aire dependiendo de la situación de sus regiones de origen o regiones manantial. Se tendrán así:

• Aire ártico (A).

• Aire polar (P).

• Aire tropical (T).

• Aire ecuatorial (E).

MASA DE AIRE FRÍO

Las características de una masa de aire determinan lo que se conoce como tiempo de masa de aire, mientras que las características de los límites de esa masa de aire determinan lo que se conoce como tiempo frontal. Ya se dijo que las dos propiedades físicas más importantes en una masa de aire son la humedad y la distribución vertical de la temperatura. Teniendo en cuenta esta última, una masa fría se caracteriza por su inestabilidad ya que el contacto con la superficie sobre la que se mueve dará lugar a que sus capas bajas, las que entran en contacto con el suelo, se vayan calentando y aparecerá, así, un fuerte gradiente vertical de temperatura que provocará movimientos convectivos del aire.

Cuanto mayor sea el contenido de humedad que tiene o adquiere la masa de aire en su traslado la inestabilidad será mayor ya que los movimientos convectivos provocarán condensación y formación de distintos tipos de nubes de desarrollo vertical, tanto mayores cuanto mayor sea el contenido en vapor. Las masas frías, que son muy estables en sus regiones manantiales ya que descansan sobre suelos muy fríos, son altamente inestables cuando se trasladan a regiones más cálidas, produciéndose en su seno vientos racheados y turbulentos debido a los fenómenos convectivos, con precipitaciones en forma de chubascos, buena visibilidad debido a la agitación vertical del aire que limpia las capas bajas, con nubosidad de desarrollo vertical, tipo cúmulos o cumulonimbos. Son masas de aire frío, por ejemplo, las masas árticas o polares cuando descienden hacia latitudes más templadas.

MASA DE AIRE CÁLIDO

Son masas de aire muy estables ya que al descansar sobre superficies más frías disminuye el gradiente térmico vertical bloqueándose cualquier fenómeno convectivo. Debido a lo anterior, los viento en su seno son de intensidad constante, no produciéndose rachas, la visibilidad suele ser regular o mala ya que la ausencia de procesos convectivos evitarán una limpieza de las capas bajas, con nieblas frecuentes, la nubosidad será de tipo estratiforme al no haber movimientos ascendentes del aire, con estratos, estratocúmulos o nimbostratos, generalmente abundante, produciéndose lluvias constantes y ligeras o moderadas. La tabla a continuación muestra las características más importantes de las masas de aire frías y cálidas.

FRENTES

Las masas de aire se desplazan en conjunto y se "empujan" unas a otras. En cambio, raramente se mezclan. Esta propiedad es la causante del acentuado dinamismo de la atmósfera en la llamada superficie frontal, como se denomina a la superficie de contacto entre dos masas de aire. Como la atmósfera tiene tres dimensiones, la separación entre las masas de aire es una superficie llamada superficie frontal, siendo el frente, la línea determinada por la intersección de la superficie frontal y el suelo.

Este término fue introducido por la Escuela de Bjerkness en Noruega (1918) para describir una superficie de discontinuidad que separa dos masas de aire de distinta densidad o temperatura. Los frentes pueden tener una longitud de 500 a 5000 Km., un ancho de 5 a 50 Km. y una altura de 3 a 20 Km. La pendiente de la superficie frontal puede variar entre1:100 y 1:500. La formación de los frentes se llama frontogénesis y el proceso inverso se llama frontolisis y se clasifican en frentes fríos, cálidos o calientes estacionarios y ocluidos.

Cuando se ponen en contacto dos fluidos de densidades diferentes, difícilmente se mezclan. Dos masas de aire de temperatura diferente tienen densidades diferentes y por ello no se mezclan, además el aire es mal conductor del calor y por tanto las diferencias de temperatura tardan en compensarse. Por ello las masas de aire tienen unos límites bien definidos que se denominan frentes y su superficie se asemeja a una onda. La discontinuidad se caracteriza por un fuerte gradiente de temperatura. En latitudes medias existe un frente de contacto entre las masas de aire de origen ártico o polar y el aire cálido subtropical que se denomina frente polar.

Las masas de aire no se mezclan pero si interaccionan, cuando dos masas de aire entran en contacto, se produce un fenómeno de convergencia y ascenso (depresión) que incluye un frente en forma de onda con una porción de la masa de aire frio introducida en forma de cuña dentro de la masa de aire frio situada al Norte. Originariamente el frente polar es una suave linea de separación a a lo largo de la cual se mueven en direcciones opuestas dos masas de aire. Poco a poco se forma la onda y el aire frío se desvía hacia el Sur y el cálido hacia el Norte como si cada uno penetrase en el territorio del otro. La formación de esta onda permite distinguir dos sectores en el frente con características muy distintas (frente cálido y frente frio). El frente cálido representa la parte delantera del sector cálido. El aire caliente penetra en la región de aire más frio y se eleva como por una rampa de 1/80- 1/200.

Los frentes cálidos carecen de los movimientos turbulentos que aparecen en los frentes fríos. Si es inestable, aparecen movimientos de convección con lo que se producen fuertes chubascos y tormentas. Los sistemas nubosos que lo caracterizan aparecen hasta 12 horas antes de la llegada del frente. En primer lugar cirros y cirrostratos, después altoestratos que se van espesando y comienzan precipitaciones poco intensas, posteriormente pasan los nimbostratos con intensa precipitación. Durante el paso de la masa de aire cálido hay un aumento de la temperatura, la nubosidad se reduce a estratos y estratocúmulos y apenas se produce precipitación En un frente frio, la masa de aire frio avanza sobre el aire cálido y al ser más pesado que este lo fuerza a elevarse por encima apareciendo un frente de pendiente 1/40-1/80.

A los frentes fríos se asocian importantes perturbaciones atmosféricas 3 debidas a la elevación del aire caliente. Cuando se producen a lo largo de una línea adelantada respecto al frente frio, esta se denomina línea de turbonada. El paso del frente frio se manifiesta por cirros y cirrostratos en altura, altocúmulos y altoestratos a media altura que apenas se ven por la presencia de nimbostratos y cumulonimbos en la parte baja. Tras el paso del frente aumenta la presión, la baja la temperatura y se disipa la nubosidad apareciendo cúmulos. Ambos frentes se desplazan hacia el Este.

El frente frio es más rápido que el cálido, por lo que el aire cálido se eleva hasta el punto ambos frentes se juntan formando un frente ocluido que puede tener características de frente frio o de frente cálido según las características térmicas de las dos masas de aire frio que separa produciéndose una oclusión cálida o una oclusión fría A pesar de la capacidad de las masas de aire para no mezclarse y mantener así sus características físicas, inevitablemente se van a mezclar poco a poco con lo que el frente ocluido pierde fuerza debido a la disminución de los gradientes.

El proceso de desaparición de un frente debido a este proceso se denomina frontolisis. Las depresiones y frentes asociados a ellas se producen en familias de 3 o 4. Cada nueva depresión sigue una trayectoria situada algo al Sur de la anterior y el frente cálido de una depresión enlaza en ocasiones con el frente frio u ocluido de la anterior.

FRENTE FRÍO

Cuando una superficie frontal se desplaza de tal manera que es el aire frío el que desplaza al aire caliente en superficie, se dice que estamos en presencia de un frente frío. Como la masa de aire frío es más densa, “ataca" al aire caliente por debajo, como si fuese una cuña, lo levanta, lo desaloja y lo obliga a trepar cuesta arriba sobre la empinada superficie frontal. El fenómeno es muy violento y en estos ascensos se producen abundantes nubes de desarrollo vertical. En los mapas se los representa con una línea azul continua o una negra orlada de "picos".

Se origina cuando una masa de aire frío alcanza a otra de mayor temperatura.

• Como ésta es menos densa, el aire frío se introduce por debajo de ella y la hace ascender de una manera brusca.

• El frente frío avanza a una velocidad media de 40 kilómetros hora, siendo más rápido su desplazamiento en invierno que en verano, puesto que la masa de aire fría ejerce una presión más fuerte sobre la cálida.

• Su pendiente es mayor que la de los frentes cálidos (1: 100) lo que provoca que las nubes alcancen grandes alturas, de hasta 10 kilómetros.

• La acción frontal se limite a una zona muy estrecha.

El tiempo característico

Es muy variable, con nubes medias en un principio, descenso de la presión y aumento del viento.

Poco a poco la base de las nubes desciende y van apareciendo los grandes cúmulus y los cumulonimbus.

Las precipitaciones son importantes y en forma de chaparrones.

Si el aire caliente que es obligado a ascender es estable, se producirán nimbostratus, con precipitaciones más continuas, pero siempre acompañadas con chaparrones más intensos procedentes de los cumulonimbus que se encontrarán por encima de ellos.

El viento sigue soplando con fuerza y la presión desciende acusadamente según se acerca el frente, alcanzando su punto más bajo en el momento de cruzar sobre el observador.

A su paso, el viento que en un principio soplaba del norte, cambia rápidamente hacia el sur o el suroeste con fuertes ráfagas.

Continúa la precipitación, pero cada vez en forma de chaparrones más débiles.

El cielo se despeja rápidamente y la temperatura desciende bruscamente, a la vez que la presión asciende con rapidez.

La visibilidad mejora notablemente.

Es un tiempo típico de una masa de aire fría, es el sector frío.

Normalmente estos frentes duran poco tiempo.

Tienen nubes de aspecto amenazador, acompañados de vientos fuertes y abundantes precipitaciones, siendo el área afectada mucho menor que en uno cálido.

FRENTE CÁLIDO

En este caso, el aire caliente avanza sobre el frío, pero al ser este último más pesado, se pega al suelo y a pesar de retirarse la masa fría, no es desalojada totalmente, de manera que el aire cálido asciende suavemente por la superficie frontal que hace de rampa. En general la nubosidad es estratiforme y las precipitaciones menos intensas que en un frente frío. En los mapas se representa con una línea continua roja o una negra orlada por semicírculos.

Se forma cuando una masa de aire caliente alcanza a otra de aire más frío.

• El aire caliente asciende sobre el de menor temperatura, lo que provoca la condensación y la posterior formación de las nubes.

La pendiente de estos frentes es pequeña, en promedio 1: 200.

• Avanzan a una velocidad media de 30 kilómetros hora y suelen tener una altura de nubosidad de unos siete kilómetros.

• Las nubes y las precipitaciones se desarrollan a lo largo de la superficie de contacto entre las dos masas de aire.

• Entre la aparición de las primeras nubes y el comienzo de la precipitación pueden pasar de 24 a 48 horas.

El tiempo propio del frente cálido

Comienza con la aparición de nubes altas, el cirrus, que pueden situarse unos 1000 Km o más por delante del frente en superficie.

Se inicia el descenso de la presión debido al aire cálido ascendente y a la retirada del aire frío. Al cirrus les suceden los cirrostratus, que darán lugar a altoestratos. Según la inestabilidad del frente pueden ir aportando alguna llovizna. La presión continúa descendiendo y el viento va aumentando su velocidad. Finalmente aparecen los nimbostratus, situados sobre el mismo frente y donde se inicia la

precipitación más importante. La velocidad del viento alcanza su máxima intensidad y la presión aún sigue en descenso. También pueden formarse cumulonimbus. Cuando el frente pasa, cesa la caída de presión, el viento cambia de dirección, sopla con menos

fuerza y las nubes se disipan. El tiempo se estabiliza y adquiere las características de las masas de aire cálido, temperaturas

moderadamente altas, mala visibilidad y escasa nubosidad. A esta parte se la llama sector cálido. Una manera de saber con anterioridad si la masa de aire cálido que se aproxima es estable o no, es

observar el tipo de nube que sigue al cirrus. Si son cirrostratus, será estable; por el contrario, si son cirrocúmulos, será inestable. Esta situación suele producirse cuando las temperaturas en los lados opuestos del frente contrastan

fuertemente. Debido a que avanzan muy lentamente, este tipo de frentes suele producir precipitaciones de débiles

a moderadas, sobre un área grande de terreno y por un largo período de tiempo.

FRENTE ESTACIONARIO

Es aquel que marca la separación entre dos masas de aire, entre las que no se manifiesta desplazamiento de una respecto de la otra. La sección es similar a la de un frente cálido.

Cuando un frente frío o un frente caliente, pierden empuje, suelen detenerse de tal forma que ninguna de las dos masas de aire desaloja a la otra.

• En ese caso se dice que el frente es estacionario.

• Cuando ocurre esto, los vientos a ambos lados del frente soplan paralelos a él pero en sentidos opuestos.

FRENTES NUBOSOS

• Son las superficies que separan masas de aire de diferentes densidades, una más caliente y con frecuencia de mayor contenido de humedad que la otra.

• Por sobre el suelo la superficie frontal tiene una pendiente de forma que el aire caliente se ubica sobre el aire frío.

• Generalmente, el campo de presión a través del frente es tal que el aire de un lado se está moviendo más rápido en la dirección perpendicular al frente con respecto al aire del otro lado del frente.

• Independientemente del movimiento relativo de las masas de aire, siempre es el aire caliente, de menor densidad, el que se desplaza por arriba, mientras que el aire frío, más denso, actúa como una cuña sobre la cual tiene lugar el ascenso del aire cálido.

FRENTE OCLUÍDO

Cuando el frente frío se desplaza más rápidamente que el frente caliente y lo alcanza, el sector cálido se estrecha y se forma un frente complejo representado por la línea de trazos. Es el proceso de oclusión. El frente que resulta se llama frente ocluido. El aire que inicialmente se encontraba en el sector cálido, es empujado hacia niveles más altos se pueden formar dos tipos de frente ocluido debido a que el aire frío situado detrás del frente frío tiene una historia y una evolución que difieren de la del aire frío que se encuentra delante del frente cálido. Cuando el aire frío situado detrás del frente frío es el más frío de las dos masas de aire se desliza bajo el frente cálido y se forma una oclusión con carácter de frente frío.

• Se produce cuando un frente frío, que sigue de cerca a uno cálido, acaba por alcanzarlo.

• Esto que provoca que las dos cuñas de aire frío se unan, de manera que el aire caliente intermedio es empujado hacia arriba.

• dando lugar a nubes y precipitaciones de tipo débil.

• Cuando esto sucede, desaparece toda distinción entre los frentes.

• Quedan como una masa de aire frío que gira lentamente y representa el final de la borrasca.