¿Qué hay detrás de un mapa del Tiempo?(1): 500 hPa

Hace unos días, coincidiendo con uno de los periodos de vacaciones más importantes que tenemos a lo largo del año aquí en nuestro país, surgió una polémica recurrente, que desgraciadamente acompaña al sector de la meteorología y sus correspondientes predicciones desde que tengo uso de razón; y que no es otra que el fallo en las previsiones meteorológicas proporcionadas por los meteorólogos de nuestra Agencia Estatal de Meteorología.

Me centro solo en los profesionales de AEMET, que generalmente se tratan de físicos de formación; porque son ellos los que se equivocan, y no los diferentes medios de comunicación que tenemos en nuestro país, que con sus diferentes espacios de información del tiempo, lo único que hacen es trasladar la información que diariamente proporciona la agencia estatal en sus diferentes boletines, de tal manera que pueda ser comprendida y asimilada por la sociedad en la que vivimos.

Podría decirse incluso que se trata de un claro proceso de divulgación científica similar al que intentamos llevar aquí en HdC, pero con más medios audiovisuales y económicos y más centrado en una disciplina científica única, la meteorología.

Una vez que tenemos claros el porqué del nacimiento de este artículo, y antes de pasar a analizar el título que le da nombre; conviene que sepáis otro aspecto fundamental a la hora de poder comprender en que consiste la elaboración de los mapas del tiempo que vemos a diario: La fuente del error en las previsiones no recae en la figura del Meteorólogo. Y entonces, la pregunta lógica que surge es: ¿En quién recae la culpabilidad cuando nos encontramos ante un mapa del tiempo que a posteriori se demuestra como falaz?

He aquí, amigos, la clave para comprender el esqueleto, cimiento, sustento y base de lo que esta disciplina de la física es hoy en día: Los Modelos Meteorológicos. Disciplina Físico-Matemática sin la cual sería imposible poder predecir el tiempo para dentro de 8 horas o incluso para escalas de tiempo mucho más cercanas. A continuación teneis lo que a grosso modo podría considerarse el esqueleto de este tipo de herramientas matemáticas de predicción:

Hablar sobre estos monstruos de la computación, pues llevan al límite a los mejores superordenadores de los que el ser humano cuenta en el mundo actualmente para poder obtener una solución aproximada de un problema caótico como es la atmósfera, requeriría uno o varios artículos más de una complejidad bastante notoria. Por lo que quedémonos de momento con este dato fundamental: los modelos meteorológicos son una herramienta matemática con una complejidad sin precedentes que lo que hacen es tomar un volumen de datos de entrada (temperaturas, dirección del viento, velocidad, humedad…) ingente, de todas las partes del mundo, e introducirlos en las distintas ecuaciones de la dinámica atmosférica, para de esta manera obtener como resultado una aproximación de lo que va a ocurrir en un futuro cercano.

Aproximación… Una palabra que atenta contra la rigurosidad y la exactitud científica, pero que convive con la figura del investigador como si de dos organismos simbiontes se tratara, para cualquiera de las disciplinas científicas del momento. La fuente del error, que siendo concisos, no es que se trate de un error en sí, sino que en la atmósfera, la más leve aproximación, dependiendo de la situación que se esté tratando, puede originar escenarios completamente diferentes a lo que en un principio se espera… Para poneros un símil, imaginaos que vais caminando por la arista de una montaña con fuertes caídas a ambos lados; como te vayas un poco a cualquiera de los mismos te caes al abismo.

Pues bien, así funcionan los modelos meteorológicos, como la aproximación no sea la adecuada en una situación concreta, caes al abismo del error en el resultado proporcionado por el modelo, que es la que el meteorólogo traslada a los mapas que vemos hoy en día. Aquí, nuestro amigo Víctor Hevia, ya habló de manera un poco más precisa sobre los modelos meteorológicos, por si os asaltan las dudas después de lo que os he querido transmitir.

Pero vayamos al meollo del asunto que sino esto se alarga demasiado. En realidad nos encontramos con el primero de una serie de artículos en los que os intentaré explicar poco a poco, o mejor, capa a capa; como poder elaborar por vuestra cuenta una predicción meteorológica precisa para un determinado lugar en un fecha concreta. Y para ello comenzamos con la capa de la atmósfera en la que la presión es de 500 hPa, una zona que en la jerga del gremio se suele denominar como parte de las capas altas de la atmósfera, y que es la que determina en gran medida el tiempo que tenemos en un determinado lugar. Y para ello, vamos a partir de un mapa de origen alemán, porque lamentablemente en nuestro país carecemos de lugares en la red que nos proporcionen este tipo de información:

Bien, este mapa refleja tres aspectos importantes. Como podemos ver tenemos por un lado líneas blancas, cada una de las cuales contiene un numero asignado; Líneas grises discontinuas, nuevamente con otro número asignado; y finalmente tenemos una escala de colores. Obviamente también tenemos líneas finas negras que son las que marcan el mapa geográfico de toda Europa y parte de Asia, América y África; pero esas son para orientarnos únicamente.

Partamos de las líneas oscuras discontinuas. Como podemos ver, cada una de ellas lleva un número negativo asignado. Estas líneas reciben el nombre de isotermas, y su función no es otra que la de unir aquellos puntos con la misma temperatura, siempre teniendo en cuenta además que la presión tiene que ser de 500 hPa. Analicemos el mapa en cuestión, que se corresponde con la situación actual. Como podemos ver tenemos la línea que marca los -20ºC pasando por Galicia y abarcando gran parte de la península salvo en la zona SW, donde la asignada a los -15ºC cruza toda la zona; y todo el NE peninsular, donde la isoterma que ocupa la zona es la de -25ºC. Eso en España, si vamos a la zona del Norte de África, vemos como hacia el E asoman los -10ºC; y sin embargo si nos vamos a Svalvard, nos encontramos con la isoterma de -40ºC. Luego es fácil comprobar que cuanto más nos acercamos a las zonas polares, mayor es el frío y viceversa, salvo excepciones, como por ejemplo la que tenemos en la península y que analizaremos más adelante cuando conozcamos toda la información que proporciona el mapa.

Continuamos con el análisis, pasando a la escala de colores. Tenemos colores cálidos que se concentran sobretodo en las zonas ecuatoriales y colores fríos que se concentran en zonas polares, con una escala que viene detallada en el margen derecho del mapa. A esa escala, que va desde los 476 hasta los 600, añadámosle un cero a todos los valores. Vale, lo que nos indica esta escala de colores es lo que comúnmente se denomina como altitud geopotencial de la capa de 500 hPa en nuestro caso, lo que al lenguaje mundano viene a marcarnos la altitud sobre el nivel del mar en la que la presión es de 500 hPa. También cumple un patrón común, y es que la altitud es mayor en la zona ecuatorial y menor en la zona polar, salvo excepciones como por ejemplo la zona de Groenlandia, o la zona de Siberia; que luego comentaremos.

Y ya para acabar están las líneas blancas, que nos dan información pero poco relevante para la capa de 500 hPa. Su función es meramente orientativa para el meteorólogo, y nos proporcionan información sobre la presión que tenemos en la superficie terrestre, es decir, son las isóbaras que todos vemos en los mapas que nos proporcionan los medios de comunicación a diario. Este mapa viene muy bien a los principiantes, porque te proporciona los datos principales de la capa de 500 hPa, y encima te da información sobre lo que se conoce como «situación a escala sinóptica», es decir, te indica donde están situados los principales centros de acción meteorológicos (anticiclones, borrascas…), lo que ayuda mucho para elaborar la predicción.

Perfecto, ahora que ya sabemos qué información nos proporciona el modelo. Es cuando ya podemos empezar a analizar la información e interpretarla paso a paso. Empezamos por la temperatura. Si os fijáis, curiosamente aquellos puntos en los que la temperatura a 500 hPa es menor, suelen coincidir con aquellos puntos en los que tenemos o bien una borrasca, o bien bajas presiones relativas (son las T en el mapa). Esto no es mera casualidad. Si nos vamos a la termodinámica, una disciplina de la física preciosa, sabemos que cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre dos capas de un fluido, mayor será la inestabilidad en la zona circundante. Esta inestabilidad da lugar a movimientos de las masas de aire de todas las características posibles, que serán mucho más virulentos, cuanto mayor sea el contraste térmico; y en conjunto da lugar a la formación de las bajas presiones. Este aspecto puede aplicarse a la inversa, de ahí que cuanto menor sea el contraste térmico entre masas de aire la estabilidad será mayor y la formación de borrascas será más dificil, y sino fijaros en este mapa correspondiente al verano pasado, y comparar con el primero que os he proporcionado:

El contraste es tremendo, y no solo en los colores… Fijaos que en la península nos roza la isoterma de -10ºC por el Norte, pero es que en el Sur ronda la de -5ºC. Y no solo esto, es fácil ver como los anticiclones dominan la situación frente a las borrascas, que son mucho más pequeñas, menos definidas y están restringidas muy al Norte. Pero existe una discrepancia con lo que estoy contando, y que seguro muchos os habréis dado cuenta. Si lo que digo es cierto, entonces que pintan esas bajas presiones relativas en el Norte de África o ese Anticiclón en Groenlandia cuando es una de las zonas en donde más aire frío tenemos. Para explicaros esto, me tendría que saltar varias lecciones y pasar a la capa de 1013 hPa, o lo que es lo mismo, la superficie. Pero para que los entendáis rápido, existen borrascas y anticiclones cuyo origen se debe a la situación que tenemos en superficie. Es decir, si en un lugar hace mucho calor, el aire circundante de la superficie se calienta muchísimo, y como aire caliente que es, su densidad disminuye, y tiende a ascender, por lo que la presión en esa zona disminuye de manera local. Si el calor es muy abundante y la masa de aire que asciende es grande, se llega a formar lo que se conoce como baja térmica o borrasca térmica que es lo que tenemos en el Norte de África y en zonas de Israel. Aquí lo podeis ver de una manera más localizada en la zona Suroeste Peninsular:

Lo mismo ocurre a la inversa, es decir, si en superficie tenemos mucho frío acumulado, por haber tenido por ejemplo heladas durante varios días, o por ser de hielo la superficie (Groenlandia), el aire se enfría muy rápido y pesa mucho más que aquel que se encuentra según subamos de altitud (recordemos que a la hora de enfriarse, lo hace de manera mucho más rápida la superficie terrestre que las masas de aire que lo circundan), por lo que se genera un anticiclón térmico, como el que podemos ver en Groenlandia en Enero del 2011 con hasta 1060mb de presión:

Este tipo de entidades de origen térmico son poco comunes a nuestra latitud, por lo que está bien que las conozcáis pero tendrán poca relevancia en la predicción.

Con lo que os tenéis que quedar es que cuanto mayor sea el aire frío que encontremos en las cercanías del lugar de la predicción, mayor será la inestabilidad de la atmósfera en la zona, y mayor será la probabilidad de formación de frentes y de lluvias, sobretodo si este aire frío está asociado a una borrasca como ocurre en el mapa inicial, que es el que coincide con la situación actual, de ahí el mal tiempo que sufrimos en estos momentos. Obviamente, no será el mismo nivel de frío, el necesario para generar precipitaciones en invierno que en verano, de la misma forma que la temperatura en superficie no es la misma. En lo que tendremos que fijarnos es en la diferencia entre ambas temperaturas. Fijaos sino en esta comparativa:

Arriba tenemos el mapa de hoy con la imagen del satélite correspondiente, y abajo tenemos el mapa del 1 de agosto del 2011 con su imagen satelital. Como podemos apreciar las nubes y las precipitaciones fueron abundantes en ambos casos a pesar de que la temperatura en altura no son ni parecidas, mucho más cálida en Agosto. Pero mientras que arriba no se superan los 15ºC en superficie, abajo los 40ºC eran la tónica predominante en prácticamente toda España.

Pasamos ya a los colores. Este es un aspecto que a la gente suele captar fácilmente pues es bastante intuitivo y lo voy a intentar explicar. Si miramos el mapa inicial vemos como generalmente los colores más fríos, es decir, la altitud más baja a la que encontramos los 500 hPa de presión, suele coincidir con aquellas zonas en las que tenemos bajas presiones y borrascas; mientras que los valores más altos los encontramos en aquellas zonas con fuertes anticiclones. Si tenemos bajas presiones, quiere decir que la columna de aire que tenemos encima es más baja que en las zonas colindantes, por lo que si la columna es menor, quiere decir que la linea de presión de 500 hPa se encontrará más abajo y por lo tanto el color será más frío. Si por el contrario tenemos una situación como la del primer mapa en las Azores (Anticiclón de las Azores), la presión es alta, por lo que la columna de aire que tenemos encima es mucho mayor y pesa mas, de tal manera que tendremos que ascender a mucha mayor altitud para encontrarnos con los 500 mb. Existe una excepción, que es con los anticiclones y borrascas de origen térmico, ya que son fenómenos de superficie que no tienen relevancia en capas altas de la atmósfera. Si se pudiera ver en tres dimensiones veríamos algo similar a esto:

Con pozos en las zonas con borrascas y prominencias en las zonas en las que tenemos anticiclones. Obviamente en esta representación se exagera bastante, pero es para que podáis darle una visión distinta al fenómeno.

Concluyendo en lo que a la altitud geopotencial se refiere, cuanto más baja sea, más inestabilidad se generará en la columna de aire, por ser esta más pequeña, y por estar más cerca del suelo, con lo que la transición entre las masas de aire superficiales y las que se encuentran más altas es en menor espacio, y por tanto los movimientos y las turbulencias en la zona se acentuarán. Esto da como consecuencia la formación más fácil de nubosidad y de frentes que trae consigo consecuentemente la formación de precipitaciones. Esto obviamente es aplicable de forma contraria, si la altitud geopotencial es alta, la estabilidad será mucho mayor, y es más probable que se formen altas presiones en la zona. Esta, entre otros muchos aspectos, es una de las razones por las cuales las bajas y altas presiones de naturaleza térmica no sean tan importantes meteorológicamente hablando, pues al no tener acompañamiento de las condiciones en capas más altas de la atmósfera, los fenómenos que pueden llegar a generar son mucho más pasivos y poco importantes que en el caso contrario.

En este artículo, me he centrado en este único mapa que nos proporciona tres valores muy importantes para la elaboración de una predicción cualquiera, pero a este nivel, existen muchos otros valores más técnicos que también ayudan a los predictores, pero que requieren ya cierta experiencia en el manejo de este tipo de datos, como pueden ser: la advección de vorticidad en la capa, la dirección y velocidad del viento, la divergencia del vector Q… Valores en general mucho más complicados y que generalmente se suelen utilizar cuando nos adentramos en predicciones mucho más específicas relacionadas con formación de tormentas, profundidades de las borrascas, dirección que tomaran las mismas… que a nivel de usuario no son necesarios ni muchos menos.

Quedémonos con que cuanto más baja sea la temperatura a 500 hPa, más baja sea la altitud geopotencial de la capa (colores más fríos), y más baja sea la presión; peor será el tiempo en la zona que vayamos a analizar. Recordad que los valores tienen que ser adecuados para cada época del año, que en verano la atmósfera por influencia solar pierde mucho frío, pero la superficie gana mucho calor también.

Y ya para acabar, os voy a dejar un mapa prueba para que podáis ejercitar vuestros nuevos conocimientos adquiridos e induciros a la duda, para que podáis preguntarlas y poder enseñaros mejor vuestras inquietudes que es de que de verdad nos interesa a nosotros como divulgadores:

Le he borrado la fecha. ¿Sabríais decirme a qué época del año pertenece este mapa? Y lo que es más, ¿Qué tiempo tendríamos en la Península Ibérica esta jornada? Y esta ya algo más difícil: ¿Sabríais decirme si existe en el mapa alguna baja o anticiclón térmico? Ahí os queda eso, para cualquier duda que os surja, no dudéis en preguntar a través de los comentarios.

Miguel Iglesias

Hablando de Ciencia