La meteorologia del griego (meteoron) "alto en el cielo", meteoro y (logos) "conocimiento tratado", es la ciencia  interdisciplinaria , que estudia el estado del tiempo , el medio atmosférico, los fenómenos allí producidos  y las leyes que la rigen .

LA TEMPERATURA COMO VARIABLE METEOROLÓGICA

Temperatura: La palabra tenperatura es un cultismo creado en el siglo XVI con base en el  latín  temperare( tener moderación , mezclar , templar) y el sufijo -ura( actividad/resultado), para referirse a una combinación ( mezcla de aire, nubes, etc..) en el cielo.

La temperatura  es una magnitud física que expresa el grado o nivel del calor de los cuerpos o del medio que los rodea,  en el caso de los buques  la atmósfera y el agua. Es una  de las variables meteorológica a tener en cuenta para la predicción del tiempo

A nivel del mar  la principal causa es la  radiación solar  también    influyen; el viento,  la humedad, el régimen de lluvias, las nieves, las nubes, las  nieblas, la altura , etc.  A mayor altura corresponde menor temperatura  porque la atmósfera toma el calor de la tierra previamente calentada  por el sol.

El calor se propaga  de tres  fomas  las cuales se denominan  convección,  advención y radiación. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente

La convección (Ascensión vertical del calor) es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. El proceso que origina la convección en el seno de la atmósfera es sumamente importante y genera una serie de fenómenos fundamentales en la explicación de los vientos y en la formación de nubes, vaguadas, ciclones, anticiclones, precipitaciones, etc

 La advección o Conducción es el proceso de transporte de una propiedad atmosférica de forma horizontal, como el calor o la humedad, por efecto del viento

La  radiación solar es la cantidad de  energía (Insolación) que llega a un lugar de la Tierra en un día concreto  (insolación diurna) o en un año (insolación anual).

La intensidad de energía solar  en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud.

¿Por qué  los  diferentes puntos de la tierra se calientan por desigual?

La intensidad de energía que se recibe del Sol en la superficie terrestre depende del ángulo al cual la energía  llega. En los trópicos, los rayos solares caen sobre la Tierra más o menos en un ángulo de 90. Estos rayos solares pierden muy poca energía en la atmósfera y transmiten la mayor parte del calor a la Tierra. Para llegar a los polos, los rayos tienen que viajar una trayectoria más larga a través de la atmósfera, lo que causa una mayor absorción y dispersión de la energía solar, haciendo los rayos más débiles. Además, los rayos inciden a ángulos diferentes de 90, lo que disminuye la intensidad de los mismos. Otro factor que influye en la cantidad de energía solar que reciben las diferentes zonas de la Tierra es la inclinación de 23.5 en el eje de la misma (Fig.1).

Fig.1

 Esto en combinación con el movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol, causa que en una época del año uno de los polos esté inclinado hacia el Sol, mientras el otro está oculto (Fig.2).

Fig.2

Cuando el polo norte está inclinado hacia el Sol, el Hemisferio Norte está recibiendo más energía solar y decimos que está en verano, mientras que el Hemisferio Sur está recibiendo menos energía y está en invierno. Cuando la Tierra cambia de posición y el polo sur queda inclinado hacia el Sol, el Hemisferio Sur está en verano porque está recibiendo más energía solar. Entonces, el hemisferio norte está recibiendo menos energía y está en invierno. Si la Tierra no se trasladara alrededor del Sol uno de los hemisferios siempre estaría inclinado hacia el Sol recibiendo todo el calor y el otro quedaría siempre oculto y frío. De un modo similar, si la Tierra no estuviera inclinada pero se trasladara alrededor del sol, los diferentes lugares tendrían un mismo clima todo el año. La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

La variación diurna de la temperatura en el mar es menos acusada  que la que se experimente  en las regiones continentales  por la lentitud  con que el agua pierde o gana el calor.

Durante la variación diurna  hay también un máximo que corresponde aproximadamente  entre dos y tres horas  después de pasar el sol por el meridiano superior del lugar y un mínimo que viene a ser media hora después de salir el sol.

En la atmósfera hay superficies que en determinado momento  tienen la misma temperatura  y se llaman superficies isotermas.

Podemos dibujar mapas de temperaturas a partir de líneas imaginarias, llamadas isotermas, que unen puntos de la superficie terrestre que tienen igual temperatura. Se generaliza tomando superficies con parecidos valores de temperatura y representando superficies a las que asignamos valores medios próximos (iguales) Fig. 3.
Las superficies  isotérmicas varían según los meses del año.

Fig-3

El mapa muestra que las temperaturas medias anuales más altas, por encima de 20ºC, se registran en una amplia zona situada entre los trópicos de Cáncer y de Capricornio (zona intertropical). La Zona fría se sitúa en las zonas polares. Entre la zona cálida y la fría se sitúa una franja de valores intermedios que es la zona templada.
   

La temperatura no puede medirse directamente ni con nuestros sentidos,  pues las sensaciones sólo serían comparativas o relativas, o sea que podríamos decir  que un cuerpo está más frio  o más caliente que otro pero nunca  decir si esta tres o Cuatro veces más caliente  o tiene tal temperatura se necesitan instrumentos que nos den la variación de temperatura basada en propiedades físicas de los cuerpos , tales como;

• volumen,
• presión,
• resistencia eléctrica,
• fuerza electromotriz,
• intensidad de radiación

 Gradiente térmico  es la variación  que experimenta la temperatura  en un intervalo de altura. Este intervalo de elevación suele ser de 100 m o de 1000 m. Se considera gradiente positivo cuando la temperatura  decrece  con la altura y gradiente térmico negativo cuando la temperatura crece con la altura.

La siguiente cronología  muestra los avances en las tecnologías de medición de temperatura:

1592: Galileo Galilei construye el termoscopio, que utiliza la contracción del aire al enfriarse para hacer ascender agua por un tubo.

1612: Santorre Santorio da un uso médico al termómetro.

1714: Daniel Gabriel Fahrenheit inventa el termómetro de mercurio

1821: T.J. Seebeck inventa el termopar.

1864: Henri Becquerel sugiere un pirómetro óptico.

1885: Calender-Van Duesen inventa el sensor de temperatura de resistencia de platino.

1892: Henri-Louis Le Châtelier construye el primer pirómetro óptico.

El termómetro está basado en la propiedad física de la dilatación de algunos líquidos en función lineal de la temperatura , Se han tomado para su construcción dos puntos fijos  de temperaturas  que existen invariables  en la naturaleza  que son la mezcla de hielo y agua  y de agua y vapor. El resto de la escala  se divide en intervalos iguales ya que la dilatación  de los líquidos  empleados en la construcción de los termómetros  va en función lineal con la temperatura.

Los termómetros más comunes consisten en un tubo capilar  de vidrio, al que se le ha practicado el vacio, ensanchando en uno de sus extremos  para formar el depósito  donde va el mercurio o el alcohol.  Ya sea en el tubo de vidrio  o en una pletina  anexa  va la graduación  que permite la lectura  fácilmente. En la práctica se usan termómetros  que utilizan una escala  con unos limites de temperatura acomodados a los limites máximo  y mínimo de temperatura  en el lugar  o a los limites de temperatura  para lo que están destinados. Así los termómetros clínicos  para tomar la temperatura del cuerpo  humano  tienen una escala  entre los 35 y º C y 42ºC

La asignación de un valor  a esos puntos fijos  dio origen  a tres escalas termométricas: Reamar, que esta en desuso, la Fahrenheit y la centígrada  o de Celsius (Fig.5 y 6).

Los termómetros, pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (º K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.

Fig.5

Fig.6

 La escala usada universalmente  es la escala centígrada  o de Celsius  que da el valor de 0ºa la mezcla de hielo-agua (Punto de fusión del hielo) y el valor de 100º a la mezcla agua-vapor (punto de ebullición del agua)

La escala Fahrenheit aun se usa en los países zanjones  y da el valor de 32º nal punto de fusión del hielo y el valor de 212º al punto de ebullición del agua.

Para pasar de una escala a otra utilizaremos las siguientes fórmulas;  

 Fig.7

Hay otra  escala, la de Kelvin  que tiene la ventaja  de no utilizar temperaturas negativas, pues parte del cero absoluto  o sea que en dicha escala  el 0º o es el 173                                                                                                             

Los termómetros más comunes consisten en un tubo capilar  de vidrio, al que se le ha practicado el vacio, ensanchando en uno de sus extremos  para formar el depósito  donde va el mercurio o el alcohol.  Ya sea en el tubo de vidrio  o en una pletina  anexa  va la graduación  que permite la lectura  fácilmente. En la práctica se usan termómetros  que utilizan una escala  con unos limites de temperatura acomodados a los limites máximo  y mínimo de temperatura  en el lugar  o a los limites de temperatura  para lo que están destinados. Así los termómetros clínicos  para tomar la temperatura del cuerpo  humano  tienen una escala  entre los 35 y º C y 42ºC

Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada. El termómetro de mercurio fue inventado por Fahrenheit en el año 1714.

El termómetro de alcohol es un tubo capilar de vidrio de un diámetro interior muy pequeño (casi como el de un cabello), que cuenta con paredes gruesas; en uno de sus extremos se encuentra una dilatación, llamada bulbo, que está llena de alcohol. Los termómetros de alcohol son los más usados en los países fríos o para temperaturas muy bajas  porque el mercurio  se solidifica  a   -39º,  y el alcohol a -130º.

Existen termómetros ordinarios, termómetros de máxima, termómetros de mínima y termómetros de máxima y mínima.

Termómetros de máxima (Fig. 8a).Su objeto es registrar la temperatura más alta del día o durante un intervalo de tiempo. Es un termómetro de mercurio que tiene un estrechamiento del capilar cerca del bulbo o depósito. Cuando la temperatura sube, la dilatación de todo el mercurio del bulbo vence la resistencia opuesta por el estrechamiento, mientras que cuando la temperatura baja y la masa de mercurio se contrae, la columna se rompe por el estrechamiento y su extremo libre queda marcando la temperatura máxima. La escala tiene una división de 0,5 ºC y el alcance de la misma es de -31,5 a 51,5 ºC.  Para su instalación  y medición, se coloca dentro del abrigo meteorológico en un soporte adecuado, con su bulbo inclinado hacia abajo formando un ángulo de 2º con la horizontal. Luego de la lectura, para volver a ponerlo a punto se debe sujetar firmemente por la parte contraria al depósito y sacudirlo con el brazo extendido (maniobra similar a la realizada para bajar la temperatura de un termómetro clínico)

Termómetro de mínima (Fig. 8b). Registra la temperatura más baja del día. Es un instrumento de alcohol en un tubo de vidrio. El bulbo generalmente es en forma de horquilla para aumentar la superficie de exposición y con ello, la sensibilidad. En su tubo, (no capilar) se halla colocado un índice esmaltado que se desliza dentro del tubo con facilidad. Su funcionamiento esta relacionado con la propiedad del alcohol de ser un líquido que moja las paredes del contenedor formando un menisco cóncavo en el extremo de la columna. Este menisco permite la introducción del citado índice en su seno a la vez que ejerce una cierta tensión superficial. Por eso, al descender la temperatura, el índice es arrastrado por acción de la tensión superficial que se ejerce en el menisco. En cambio. Cuando la temperatura asciende, el índice queda inmóvil porque sobre él ya no actúa dicha tensión. Con un termómetro de mínima se puede medir T° mínima y T° actual. La puesta en estación de este termómetro se logra igualando la marca del índice esmaltado con la temperatura actual y esto se hace alzando el depósito de alcohol para que el índice caiga por gravedad hasta la marca de la temperatura actual, luego se devuelve al termómetro a su posición normal (horizontal).

 Para lecturas posteriores  habrá que llevar el índice ( mediante un imán  o invirtiendo el termómetro ) hasta que coincida con el extremo de la columna de alcohol.

Termómetros  0rdinario ( bulbo Seco) y Húmedo; El termómetro de bulbo húmedo (Fig.8d), es usado para medir la influencia de la humedad en la sensación térmica. Junto con un termómetro ordinario (Fig. 8c) forma un psicrómetro, que sirve para medir humedad relativa, tensión de vapor y punto de rocío (variables meteorológicas). Se llama de bulbo húmedo porque de su bulbo o depósito parte una muselina de algodón que lo comunica con un depósito de agua. Este depósito se coloca al lado y más bajo que el bulbo, de forma que por capilaridad está continuamente mojado. .

 Termómetro de máxima  y mínima- El termómetro de máximas y mínimas o termómetro de Six  es utilizado en meteorología para saber la temperatura más alta y la más baja del día, y consiste en dos instrumentos montados en un solo aparato. Es el indicado para dejar constancia de las temperaturas máximas y mínimas  que han tenido lugar  durante un intervalo de tiempo. Está formado  por un tubo en forma de U  que termina en dos depósitos. En el interior del tubo  va una columna de mercurio que separa  el alcohol de los depósitos, uno de ellos llenos totalmente  y el otro parcialmente. En los extremos de la columna  de mercurio  van dos índices  metálicos esmaltados , que son empujados  por el mercurio  de tal manera que , al subir  la temperatura y dilatarse el mercurio  y el alcohol de  B , fluye hacia  A  arrastrando el índice  “a” sin arrastrar el “b”  y cuando baja la temperatura  sucede lo contrario . Las lectura se hace en los extremos  de los índices que hacen o han hecho  contacto con el mercurio.

Fue inventado por el inglés James Six en 1782, y que lleva su nombre. El mismo diseño básico sigue estando en uso hoy en día.

Fig. 9

Termógrafo: Instrumento para registrar las variaciones de temperatura en función del tiempo. El termógrafo es un termómetro acoplado a un dispositivo capaz de registrar, gráfica o digitalmente, la temperatura medida en forma continua o a intervalos de tiempo determinado. El elemento sensible a la temperatura es un doble anillo bimetálico cuya característica principal es el bajo coeficiente de retardo (permite registrar variaciones rápidas de temperatura)

Fig.10

 Termómetros digitales (Fig.11): son aquellos que, valiéndose de dispositivos transductores como los mencionados, utilizan luego circuitos electrónicos para convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas, mostrando finalmente la temperatura en un visualizador.

Fig.11

Estación Meteorológica Digital Multi-sensor(Fig.12); Reloj  controlado vía  radio , visualización de la fecha, pluviómetro, anemómetro, termo sensor hydro mostrando la temperatura y humedad del aire en interior y al exterior. Indicador de la presión de aire, las fases de la luna, el amanecer y la puesta del sol en pantalla. Almacenamiento integrado para min. y máx. de  datos. Todos los sensores externos envían los datos a través de 433 MHz con una distancia de hasta 100m.

Parámetros  que mide:

Temperatura  interior y exterior

Barómetro

Medición de lluvia

Pronóstico del tiempo

Medición del viento

Fig.12

Termómetro de gas: Pueden ser a presión constante  o a volumen constante (Fig.13). Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros.

Fig.13

Termometros analógicos