SECCIÓN CIENCIAS BÁSICAS : EL CLIMA 1.
Autor : Sebastian David Dejoy Benavides
No hay nada mas común que ver en los canales de noticias tipo CNN los reportes de economía y de meteorología , y es que para muchos campesinos ( en USA vienen siendo granjeros ) las ganancias asociadas a agricultura se ven afectadas de forma directa, a pesar de que en países grandes como estados unidos se corre la suerte de tener unos cuantos meridianos y paralelos (120 grados de meridianos y 60 grados de paralelos) lo cual permite que ni un tornado pare la producción alimentaria y energética de todo el país , esa suerte no la corren otros países en donde una fuerte helada puede arrasar los cultivos en un 80 % " .
Figura 1 .Un reporte meteorológico CNN USA.
Fuente: miamieverydayphoto.blogspot.com
Climatología y Meteorología lo mismo ??:
Para empezar es necesario diferenciar entre CLIMATOLOGÍA y METEOROLOGÍA , común error que le puede pasar hasta a un mismo funcionario de clima/meteorología. La meteorología es la ciencia que estudia los cambios atmosféricos durante un tiempo relativamente corto , y que en definitiva contribuye directamente a lo reportes climáticos a diario , por el contrario la climatología se basa en dominios de tiempo bastante largos ,se enfoca en hechos mas científicos y de planeación respecto a efectos como : invernadero, desertización ,heladas ...etc. Aclarar también que el CLIMA es un fenómeno METEOROLÓGICO por lo cual cuando hablemos de uno estamos tratando del otro.
El clima , presente en nuestra sociedad desde tiempos cavernícolas :
La supervivencia del hombre se ha visto conectada a la recolección , protección y siembra de alimentos por lo cual el interés por desarrollar métodos para programar cultivos se han venido desarrollando de lo rudimentario a lo mas sofisticado tal como su historia , primero nos remontamos al 1 .500.000 A.C fecha en donde se cree se descubrió el fuego ( generalmente se analizan piedras puntiagudas probablemente usadas como armas y murales usando métodos como datación por carbono 14 , en este caso se utiliza datación potasio -Argón la cual es mas comparable a edades geológicas ) , muchísimo después (5000 AC) se encuentra el primer indicio de sedentarismo del hombre:La agricultura , quizás aquí arrancamos en realidad. Luego aparecen civilizaciones como la babilónica ( predecir el tiempo mirando el cielo) ,egipcios ( predecir el caudal del rió Nilo a partir de la mitología ) de forma parecida :los griegos ( asociar fenómenos naturales a entes divinos ) y por lo que se infiere la lista es larga para asociar religión con clima (y bueno que mas se podía pedir , se necesitaba una explicación para las cosas y la ciencia todavía estaba en etapa de gestación).
La supervivencia del hombre se ha visto conectada a la recolección , protección y siembra de alimentos por lo cual el interés por desarrollar métodos para programar cultivos se han venido desarrollando de lo rudimentario a lo mas sofisticado tal como su historia , primero nos remontamos al 1 .500.000 A.C fecha en donde se cree se descubrió el fuego ( generalmente se analizan piedras puntiagudas probablemente usadas como armas y murales usando métodos como datación por carbono 14 , en este caso se utiliza datación potasio -Argón la cual es mas comparable a edades geológicas ) , muchísimo después (5000 AC) se encuentra el primer indicio de sedentarismo del hombre:La agricultura , quizás aquí arrancamos en realidad. Luego aparecen civilizaciones como la babilónica ( predecir el tiempo mirando el cielo) ,egipcios ( predecir el caudal del rió Nilo a partir de la mitología ) de forma parecida :los griegos ( asociar fenómenos naturales a entes divinos ) y por lo que se infiere la lista es larga para asociar religión con clima (y bueno que mas se podía pedir , se necesitaba una explicación para las cosas y la ciencia todavía estaba en etapa de gestación).
Figura 2 .Es de sentido común saber que cuanto las nubes
tapan el cielo probablemente va a llover.
Fuente:unoentrecienmil.blogspot.com
El termómetro : un comienzo realmente científico.
Habría que pasar toda una oscura y poco lucida edad media en donde la ciencia y la técnica se vieron muy inferiores frente al paradigma religión para encontrar en 1606 la invención del termómetro
Habría que pasar toda una oscura y poco lucida edad media en donde la ciencia y la técnica se vieron muy inferiores frente al paradigma religión para encontrar en 1606 la invención del termómetro
(Galileo por supuesto,esta en todo ) y luego el barómetro por parte de Evangelista Torricelli ( Recuerdo el nombre , clases de física de fluidos en el colegio).
Figura 3 .El termómetro de Galileo Galilei y la posterior escala
por Santorio Santorio (abajo izquierda).
Fuente: fisica.ciens.ucv.ve
Hablemos un poco del termómetro de Galileo (figura 1) , consta de un balón de vidrio lleno de aire en la parte superior ,un capilar o tubo delgado en el centro y un recipiente que suele contener agua con alcohol, cuando la temperatura aumenta el balón cambia de tamaño debido a la presión que ejerce el aire ,esto hace que el liquido suba por el tubo y de una medida .
El barómetro : Tratando de elaborar una teoría acerca de la presión atmosférica:
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Otro elemento que fue agregado al laboratorio por esos días fue el barómetro ,encargado de medir la presión atmosférica ,Torricelli lo uso para demostrar su teoría basado en la altura a la cual se ve desplazado el mercurio por las fuerzas de gravitación.El descubrimiento de que a alturas bajas hay mas presión atmosférica ( medida en atmósferas o en mm de Mercurio) permitió asociar el efecto a las capas de viento , un dato curioso : en este momento te encuentras soportando un peso considerable de aire (tal vez por eso no creces mas ) , cuando subes o bajas una montaña se te taponan los oídos? ,eso es cambio de presión atmosférica.
Esta formulita es muy sabia ,mientras mas asciendas tendrás un decaimiento exponencial dependiente de parámetros físicos como altura (z), presión inicial (po) y gravedad que permite calcular alfa.
Figura 4 .Esquema de un Barómetro Torricelli.
Fuente: www.100ciaquimica.net
El famosisimo Manómetro ,sacadero de "micos" del colegio:
Existen otros montajes parecidos a este ,como el manómetro , un elemento común en todos los laboratorios del mundo recuérdalo por su forma de "u" (esas largas mañanas llenando tablas sin saber para que , por lo menos tuve la suerte de estudiar ingeniería y salvo esas experiencias , repito : inservibles para muchos ) . El manómetro permite calcular la diferencia de presión entre dos fluidos ,no olvidarnos del pluviómetro usado para medir precipitaciones (lluvias),otro elemento que mis compañeros de ingeniería ambiental y forestal me darán la razón .
Existen otros montajes parecidos a este ,como el manómetro , un elemento común en todos los laboratorios del mundo recuérdalo por su forma de "u" (esas largas mañanas llenando tablas sin saber para que , por lo menos tuve la suerte de estudiar ingeniería y salvo esas experiencias , repito : inservibles para muchos ) . El manómetro permite calcular la diferencia de presión entre dos fluidos ,no olvidarnos del pluviómetro usado para medir precipitaciones (lluvias),otro elemento que mis compañeros de ingeniería ambiental y forestal me darán la razón .
El Anemómetro : Una idea perfeccionada hasta el momento:
Por otro lado unos en unos cuantos años aparece el anemómetro inventado por Robert Hooke ( leyes de Hooke), un inteligente arreglo que permite sensar la cantidad de aire para luego convertirla en corriente , ha sido tan eficaz y económico que en la actualidad existen muchos , en la gran mayoría digitales ( usan electrónica digital),la verdad que su funcionamiento es muy sencillo : que el viento mueva unos semicírculos unidos a un soporte ,la rotación hace que un imán interactue con un sensor de efecto hall el cual se encarga de entregar pulsos ( señales de voltaje cuadradas ) a un circuito digital que luego arroja un resultado en un display (mostrador LCD).
En la actualidad se suelen usar dispositivos mas robustos y confiables , la invención de los satélites geoestacionarios ha permitido que haya mas calidad y cobertura a la hora de tomar datos ya que suplir los modelos mas precisos de climatología necesita muchos de ellos. Un ejemplo actual de "mecías" de clima es el radar Doppler.
El Radar Doppler: Modelos de las nubes al alcance de la ingeniería :
La ciencia ha avanzado de forma exponencial desde el renacimiento, y la base de todas estas innovaciones parten del desarrollo de los modelos matemáticos que permiten optimizar las características de la naturaleza tal como los parámetros naturales. Como su nombre lo indica trabaja en relación al efecto doppler ( fenómeno físico en donde el movimiento de un receptor o un emisor cambia la frecuencia de las ondas sonoras que se transmiten entre ellos ). El objetivo principal es determinar la velocidad radial del viento ,su magnitud y dirección ( osea el vector velocidad radial), de esta manera la predicción de posibles tornados o tormentos se concentra en la cantidad y velocidad de las nubes que lo conforman las cuales vienen aceleradas por el viento.
El Radar Doppler: Modelos de las nubes al alcance de la ingeniería :
La ciencia ha avanzado de forma exponencial desde el renacimiento, y la base de todas estas innovaciones parten del desarrollo de los modelos matemáticos que permiten optimizar las características de la naturaleza tal como los parámetros naturales. Como su nombre lo indica trabaja en relación al efecto doppler ( fenómeno físico en donde el movimiento de un receptor o un emisor cambia la frecuencia de las ondas sonoras que se transmiten entre ellos ). El objetivo principal es determinar la velocidad radial del viento ,su magnitud y dirección ( osea el vector velocidad radial), de esta manera la predicción de posibles tornados o tormentos se concentra en la cantidad y velocidad de las nubes que lo conforman las cuales vienen aceleradas por el viento.
Figura 6 . Esquema para detectar desfase en los pulsos
enviados por el transmisor.
enviados por el transmisor.
Fuente: spanish.alibaba.com
Un transmisor de ondas electromagnéticas envía pulsos ( n ,n+1,n+2...) que al chocar con las nubes de una reflectividad (Rn) produce un desfase de la señal (φ). Como vemos en la figura 6 el desfase depende también de la longitud de onda la cual esta asociada a la frecuencia recibida y transmitida ( f=1/λ) .Receptores captan las señales y miden su desfase con respecto a la señal transmitida ,lo cual permite encontrar su velocidad radial. Existen "perfiles del viento" los cuales permiten calcular en un software 3D los movimientos de las nubes ,estos dependen de geometrías características como ( Distancia ,Rango , Elevación ...) ,para enviar las ondas los satélites geostacionarios pueden resultar mejor que las antenas terrestres ya que 3 satélites pueden cubrir toda la información del planeta .
Los softwares del clima son muy especiales , tratan de recrear gráficamente fenómenos que se hacen cada vez mas incontrolabes , recordemos que el movimiento de las nubes depende de infinidad de asuntos como el viento , cantidad de agua condensada , efectos atmosféricos , estaciones ,etc.
La Teoría del Caos y El Efecto Mariposa:
La sensibilidad que presenta el clima frente a cambios le da la consideración de fenómeno caótico (en la naturaleza existen 3 : Estables ,Inestables y Caóticos ) , los estables permiten el cálculo de una posición puntual a partir de un dominio de valores (y=f(x)) sin temor del principio de Incertidumbre de Heisenberg (véase: http://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_indeterminaci%C3%B3n_de_Heisenberg), ya que tienen cierta tolerancia al pequeño cambio de parámetros iniciales ademas tienden a un lugar (atractor) , los inestables simplemente se alejan del atractor y finalmente los sistemas caóticos ni lo uno ni lo otro , no hay atractores o puntos , solo hay fractales (estructuras que se multiplican con la misma forma una y otra vez bajo las mismas condiciones iniciales , un ejemplo son los copos de nieve).
Edward Lorenz (OJO meteorólogo no Lorentz, el de las transformadas de la relatividad especial) describió la atmósfera bajo tres famosas ecuaciones derivadas de la teoría de Navier- Stokes que gobierna todos los fluidos terrestres ( atmosféricos , balísticos ...) sus investigaciones llegaron a una conclusión: bajo ciertas parámetros dados existe una relación fractal en la atmósfera terrestre (trazos que se repiten ) en una gráfica .
La Entropía :
Muchos estudios relacionados con la segunda ley de la termodinámica (la primera habla de la imposibilidad de crear y/o destruir materia -energía ) apuntan a que todo lo que nos rodea y especialmente nuestro universo "tienden al desorden" . A pesar de que la energía cambia de estado , pasa a una etapa final en donde es "inutilizable" y ese es el problema : cada vez hay menos útil , hay una magnitud física que se le a asignado a ese tema y se llama : Entropía ,encargada de mostrar la relación entre la inutilidad de la energía materia y el "desorden"( aunque probablemente no es como lo entendemos ) , a mas energía inutilizable menos orden habrá. En un primer momento nuestro universo fue ordenado y simple , a medida que pasa la flecha del tiempo nuestro universo se ira volviendo mas caótico y complejo y por tanto nuestros castillos de naipes caerán al piso en mayor medida. El clima tiene mucho que ver con la Entropía , nuestra atmósfera es un sistema cerrado como el universo , esta ley aplica en esos casos .
No llegaremos a una confiabilidad 100%
He explicado bastante acerca de las imposibilidades de tener un modelo de confiabilidad total : sistemas extremadamente sensibles . Hace muchos años se hablaba de la necesidad de construir supercomputadores como los computadores cuánticos para simular procesos escurridizos como el clima (en esos días se podia predecir el clima de un dia ) , en la actualidad los programadores y demás investigadores en este campo no hacen mas esfuerzo en meter infinidad de variables , el principio de incertidumbre nos ha sentenciado : entre mas te empeñes en precisar el clima ,mas descuidaras tus parámetros mas valiosos.
Mientras tanto al día de hoy seguirá la triste destrucción de nuestro planeta y no hay quien pare a estos capitalistas que solo les importa el dinero y de paso hacernos cargar el peso de los daños ambientales.
Figura 7. Mapa de analisis de un Radar Doppler en movimiento.
Fuente:mapanalysis.blogspot.com
Los softwares del clima son muy especiales , tratan de recrear gráficamente fenómenos que se hacen cada vez mas incontrolabes , recordemos que el movimiento de las nubes depende de infinidad de asuntos como el viento , cantidad de agua condensada , efectos atmosféricos , estaciones ,etc.
La Teoría del Caos y El Efecto Mariposa:
La sensibilidad que presenta el clima frente a cambios le da la consideración de fenómeno caótico (en la naturaleza existen 3 : Estables ,Inestables y Caóticos ) , los estables permiten el cálculo de una posición puntual a partir de un dominio de valores (y=f(x)) sin temor del principio de Incertidumbre de Heisenberg (véase: http://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_indeterminaci%C3%B3n_de_Heisenberg), ya que tienen cierta tolerancia al pequeño cambio de parámetros iniciales ademas tienden a un lugar (atractor) , los inestables simplemente se alejan del atractor y finalmente los sistemas caóticos ni lo uno ni lo otro , no hay atractores o puntos , solo hay fractales (estructuras que se multiplican con la misma forma una y otra vez bajo las mismas condiciones iniciales , un ejemplo son los copos de nieve).
Figura 8. Crecimiento de un copo de nieve, estructura fractal
Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Fractal
Figura 9. Las 3 Ecuaciones de Lorenz, detalles:
Diferenciales Parciales ,no lineales , dependientes de 2 variables y hasta 3.
Diferenciales Parciales ,no lineales , dependientes de 2 variables y hasta 3.
Fuente:http://www.respublicae.net/matematicas/
Figura 10. 1936, Lorenz gráfica la solución de sus ecuaciones ,
"El aleteo de una mariposa en Londres puede desatar una tormenta en Hong Kong"
"El aleteo de una mariposa en Londres puede desatar una tormenta en Hong Kong"
La Entropía :
Muchos estudios relacionados con la segunda ley de la termodinámica (la primera habla de la imposibilidad de crear y/o destruir materia -energía ) apuntan a que todo lo que nos rodea y especialmente nuestro universo "tienden al desorden" . A pesar de que la energía cambia de estado , pasa a una etapa final en donde es "inutilizable" y ese es el problema : cada vez hay menos útil , hay una magnitud física que se le a asignado a ese tema y se llama : Entropía ,encargada de mostrar la relación entre la inutilidad de la energía materia y el "desorden"( aunque probablemente no es como lo entendemos ) , a mas energía inutilizable menos orden habrá. En un primer momento nuestro universo fue ordenado y simple , a medida que pasa la flecha del tiempo nuestro universo se ira volviendo mas caótico y complejo y por tanto nuestros castillos de naipes caerán al piso en mayor medida. El clima tiene mucho que ver con la Entropía , nuestra atmósfera es un sistema cerrado como el universo , esta ley aplica en esos casos .
No llegaremos a una confiabilidad 100%
He explicado bastante acerca de las imposibilidades de tener un modelo de confiabilidad total : sistemas extremadamente sensibles . Hace muchos años se hablaba de la necesidad de construir supercomputadores como los computadores cuánticos para simular procesos escurridizos como el clima (en esos días se podia predecir el clima de un dia ) , en la actualidad los programadores y demás investigadores en este campo no hacen mas esfuerzo en meter infinidad de variables , el principio de incertidumbre nos ha sentenciado : entre mas te empeñes en precisar el clima ,mas descuidaras tus parámetros mas valiosos.
Figura 11. Primer chip cuantico construido en el 2012.
Fuente:www.theinquirer.es.
Mientras tanto al día de hoy seguirá la triste destrucción de nuestro planeta y no hay quien pare a estos capitalistas que solo les importa el dinero y de paso hacernos cargar el peso de los daños ambientales.
