Física atmosférica

Termodinámica, radiación, dinámica de fluidos, nubes, aerosoles y circulación atmosférica.

Idea general del tema

La física atmosférica estudia la envoltura gaseosa de la Tierra mediante las leyes de la termodinámica de gases húmedos, la transferencia radiativa y la hidrodinámica en marcos de referencia no inerciales rotantes. La atmósfera es una máquina térmica gigante impulsada por el calentamiento solar diferencial entre el ecuador y los polos, redistribuyendo calor a través de ondas planetarias de Rossby, ciclones y celdas de circulación global (Hadley, Ferrel, Polar).

Este nodo agrupa la ecuación hidrostática atmosférica, gradientes térmicos adiabáticos (seco y húmedo), fuerza de Coriolis y viento geostrófico, ecuación de vorticidad y estabilidad convectiva.

Que vas a comprender de verdad

Comprenderás cómo el equilibrio entre el gradiente horizontal de presión y la fuerza de Coriolis $\vec{F}_C = -2m (\vec{\Omega} \times \vec{v})$ da lugar al viento geostrófico, que fluye paralelo a las isobaras en lugar de fluir de altas a bajas presiones.

Aprenderás a calcular la energía potencial convectiva disponible (CAPE) a partir de diagramas termodinámicos (Skew-T) para predecir tormentas severas y convección profunda.

Ruta didáctica recomendada

1. Estructura y termodinámica atmosférica: ecuación hipsométrica, gradiente adiabático seco ($\Gamma_d \approx 9.8\text{ K/km}$), gradiente adiabático saturado y estabilidad estática.
2. Dinámica atmosférica en rotación: fuerzas aparentes de Coriolis y centrífuga, aproximación geostrófica y viento térmico.
3. Ondas atmosféricas y vorticidad: conservación de vorticidad potencial de Ertel, ondas de gravedad internas y ondas planetarias de Rossby.
4. Circulación general y frentes: celdas de Hadley y Ferrel, corriente en chorro (jet stream) e inestabilidad baroclínica en frentes meteorológicos.

Criterio físico que debes adquirir

Comprender el número de Rossby $Ro = U / (f L)$: si $Ro \ll 1$ la rotación terrestre domina la dinámica (viento geostrófico), mientras que si $Ro \gg 1$ dominan las fuerzas inerciales y convectivas locales (tornados, tormentas).

Conexión con problemas reales

• Modelos numéricos de predicción meteorológica operativa (ECMWF, GFS).
• Seguridad en aviación civil: cizalladura del viento, turbulencia en aire claro (CAT) y corrientes en chorro.
• Predicción de trayectorias e intensidad de huracanes y ciclones tropicales.

Meta final del tema

Dominar la termodinámica y la dinámica de fluidos geofísicos atmosféricos para modelar la circulación general del aire, los frentes y los fenómenos meteorológicos.