Factores y elementos climatológicos

Factores y elementos climatológicos. Los elementos de los climas unidos a los factores que los determinan son las distintas variedades climáticas y estados de tiempo, en un momento y lugar concretos. El Tiempo es el estado de la atmósfera caracterizado por una combinación de elementos con valores específicos .

Definición de clima

La atmósfera y los fenómenos que tienen lugar en ella juegan un papel de gran relevancia en relación a la vida en el planeta. Por ello el hombre se ha preocupado desde la antiguedad por su estudio. Existen dos formas distintas y complementarias de enfrentarse al conocimiento de la atmósfera:

• La meteorología
• La climatología

La meteorología estudia los meteoros o elementos atmosféricos, sus características y su funcionamiento, es decir las condiciones de la atmósfera en un momento concreto, mientras que la climatología estudia las condiciones medias de la atmósfera y las características medias de los meteoros. De estas definiciones se deducen también los conceptos de tiempo como estado de la atmósfera en un momento dado, y clima como el estado medio de la atmósfera a lo largo de un período de tiempo suficientemente largo. Por término medio se considera que este período es de unos 30 años. El problema de la definición de clima es que entendemos por estado normal. Tradicionalmente se consideraron los valores medios de las principales variables que definen el estado de la atmósfera (presión, temperatura, humedad atmosférica, precipitación, etc.).
Sin embargo, además de conocer los valores medios, resulta de gran transcendencia el conocimiento de su variabilidad, de la oscilación que estas magnitudes pueden tener respecto a sus valores medios.
Dentro del estudio de estas oscilaciones respecto a los valores medios, resulta de particular importancia el conocer la probabilidad de que aparezcan períodos caracterizados por una sucesión de valores elevados o reducidos de precipitación, es decir períodos lluviosos y períodos de sequía.
En tercer lugar habría que tener en cuenta la aparición de fenómenos meteorológicos extremos (aunque no excepcionales ni imprevisibles) que no deben olvidarse a la hora de caracterizar el clima a pesar de su muy escasa frecuencia. Uno de los más habituales en la Península Ibérica son las precipitaciones de gran volumen e intensidad con consecuencias a menudo catastróficas.
Su frecuencia es tan reducida que a menudo puede no haberse registrado ninguno durante el período de existencia de un observatorio meteorológico aunque sus consecuencias sobre los sistemas naturales puedan apreciarse durante décadas e incluso siglos.
Por otra parte el clima puede verse condicionado, en lugares concretos, por otros factores, dando lugar a lo que se denomina condiciones micro climático que en muchos casos dan lugar a microambientes específicos que no pueden ser estudiados teniendo en cuenta solamente las características climáticas de algún observatorio cercano.
Elementos y factores del clima
Los elementos climáticos pueden definirse como toda propiedad o condición de la atmósfera cuyo conjunto caracteriza el clima de un lugar a lo largo de un período de tiempo suficientemente representativo. Igualmente definen el tiempo en un momento determinado:

• Insolación
• Temperatura del aire
• Presión atmosférica
• Viento
• Lluvia
• Humedad

Los factores del clima son aquellos que actuando conjuntamente definen las condiciones generales de una zona terrestre de extensión relativamente amplia:

1. La situación de la región dentro de la Circulación General Atmosférica
2. Factor de continentalidad
3. Factor orográfico
4. Efecto de la temperatura de las aguas marinas

Métodos de estudio en Climatología
Tradicionalmente se han considerado tres métodos fundamentales en la ciencia climatológica:

• La climatología analítica basado en el análisis estadístico de las características climáticas que se consideran más significativas. Se trata básicamente de establecer los valores medios de los elementos atmosféricos y establecer la probabilidad de que se alcancen determinados valores extremos.
• La climatología dinámica, que trata de proporcionar una visión dinámica y de conjunto de las manifestaciones cambiantes que se registran en la atmósfera como una unidad física. Se propone una explicación matemática de la atmósfera mediante las leyes de la mecánica de fluidos y de la termodinámica.
• La climatología sinóptica, se basa en el análisis de la configuración de los elementos atmosféricos en un espacio tridimensional y a unas horas concretas y de su evolución. A partir de este análisis, se pretenden descubrir leyes empíricas e incrementar el conocimiento acerca de la atmósfera.

El uso de métodos estadísticos dentro de la climatología analítica ha tenido, durante la segunda mitad de este siglo, considerables críticas entre los partidarios de la climatología dinámica y sinóptica. Se criticaba su alejamiento de la realidad atmosférica en un momento en el que los avances en el campo de la física atmosférica, en las técnicas de captación de datos y en los métodos de cálculo parecían permitir un conocimiento detallado del sistema atmosférico. Esta tendencia se enmarca dentro de la corriente de optimismo científico-tecnológico que se desarrolla tras la segunda guerra mundial apoyado en el desarrollo de la física y de los ordenadores.
Sin embargo este optimismo se vio defraudado debido a la aparición de considerables limitaciones en un enfoque exclusivamente dinámico en climatología. El descubrimiento del caos determinista en determinados sistemas dinámicos no lineales como la atmósfera, precisamente gracias a la potencia de cálculo suministrada por los ordenadores, conlleva la necesidad de un replanteamiento de los métodos estadísticos como vía para entender unos mecanismos imposibles de entender por medios exclusivamente físicos.
Por otro lado la estadística ha evolucionado considerablemente en los últimos años apoyada en el desarrollo y popularización de los recursos informáticos. Por otra parte esta metodología puede todavía aportar conocimientos a la climatología debido a su capacidad de «atrapar» lo básico del clima de un lugar.
En la mayoría de los casos, la solución ideal sería la combinación de ambos enfoques ya que a pesar de las insuficiencias del método analítico, su ejecución es conveniente como paso previo al estudio dinámico. Por otra parte un sofisticado tratamiento estadístico de cualquier elemento climático va a plantear numerosos interrogantes que sólo un estudio dinámico podrá resolver.
En el caso de los climas semiáridos, resulta mucho más complejo desentrañar sus mecanismos físicos, apareciendo un importante componente aleatorio que debe estudiarse por procedimientos analíticos.
Finalmente es necesario tener en cuenta que una climatología aplicada es fundamentalmente analítica-estadística. Así por ejemplo un estudio agroclimático debe proporcionarnos la probabilidad de que se produzcan acontecimientos lluviosos extremos (por exceso, inundación, o por defecto, sequía), independientemente de las causas físicas que los produzcan.
En los últimos años (desde los años el panorama ha cambiado ligeramente debido a la cada vez mayor relevancia social que adquiere la climatología debido al desarrollo de preocupaciones medioambientales ligadas al clima:

• Contaminación
• Extremos climáticos
• Cambio climático global y al desarrollo en las ciencias de la naturaleza de un nuevo marco epistemológico la teoría de sistemas.
• La atmósfera como sistema.
• sistema climático

Conceptos básicos en la Teoría General de Sistemas
Para estudiar la atmósfera, es imprescindible emplear un enfoque sistémico. Chorley y Kennedy (1971) definieron sistema como un conjunto estructurado de elementos, objetos y atributos constituidos por componentes o variables que presentan relaciones unas con otras y operan de forma conjunta como un todo complejo, de acuerdo con ciertas pautas observadas. Un sistema físico es aquel cuyos componentes y variables son entidades y magnitudes físicas y las relaciones son de transferencia de materia y energía (un ejemplo de sistema no físico sería el sistema económico).
Los sistemas se dividen en función con el tipo de relaciones que mantengan con su entorno en:

1. Abiertos: (intercambian materia y energía con el entorno)
2. Cerrados: (intercambian energía pero no materia)
3. Aislados: (no intercambian ni materia ni energía)

Los sistemas naturales suelen ser excesivamente complejos para poder estudiarlos en detalle, por ello se suele hacer uso de modelos. Un modelo puede definirse como una representación simplificada de un sistema que captura lo esencial del mismo, eliminando elementos que resultan innecesarios debido a su escasa relevancia en el comportamiento global del sistema, a la escala de trabajo o a los objetivos.
La Teoría General de Sistemas aporta un vocabulario propio que resulta útil para el estudio del sistema climático:

• Componentes
• Flujos (entradas o salidas)
• Estructura
• Función
• Entorno (fuentes y sumideros)
• Equilibrio
• Tiempo de residencia

Los componentes almacenan una determinada cantidad de materia (expresada en unidades de masa o volumen) o energía (expresada normalmente como temperatura). Los flujos reflejan las transferencias de materia o energía entre diferentes componentes y se expresan como tasas, es decir en unidades de materia o energía por unidad de tiempo y/o espacio. Las transferencias de energía se expresan en unidades de energía (Julios) por unidad de espacio y/o tiempo. Cuando dos componentes aparecen interconectados las salidas de uno se convierten en las entradas del otro.
La estructura se refiere al esquema que el sistema adopta tal como puede ser dibujado (componentes y transferencias) mientras que función se refiere a la cantidad de materia o energía que se almacena en los diferentes componentes y a las transferencias de materia y energía que se producen entre ellos.
Finalmente, por entorno se entiende todo lo que está alrededor del sistema y que no forma parte del sistema. En el caso de los sistemas abiertos el entorno se relaciona con el sistema mediante transferencias de materia y energía, en los sistemas cerrados solo a través de transferencias de materia y en los sistemas aislados no hay relación. Se denomina fuente a los elementos del entorno desde los que el sistema recibe entradas, y sumidero a los elementos del entorno hacia los que el sistema emite salidas.
Cuando en un sistema las transferencias (entradas y salidas) entre los diferentes componentes permanecen constantes a lo largo del tiempo, se dice que el sistema está en equilibrio. Este equilibrio conlleva que la cantidad de materia o energía en cada uno de los componentes permanece constante ya que el conjunto de las entradas es igual al conjunto de las salidas.
Tiempo de residencia es el tiempo promedio que una partícula de materia permanece en un determinado componente y, en el caso de que el sistema esté en equilibrio es igual a la cantidad de materia presente en el componente partido por la suma de las entradas. Un tiempo de residencia corto implica que cualquier alteración en las entradas o las salidas se va a hacer patente rápidamente, mientras que si el tiempo de residencia es corto tardará más en reflejarse.
El sistema climático
En 1975 la Organización Meteorológica Mundial definió el Sistema Climático como constituido por:

• Atmósfera
• Hidrosfera
• Criosfera
• Superficie terrestre
• Biosfera

Este orden refleja el orden en el que empezó a tenerse en cuenta la relevancia de cada uno de estos componentes. Entre ellos se establecen transferencias de materia (los diferentes gases que componen la atmósfera más el agua) y energía.
La estructura (es decir el esquema de almacenamiento en componentes y transferencia entre ellos) de cada una de las diferentes formas de materia que aparece en la atmósfera se denomina ciclo. Se habla así de ciclo hidrológico, ciclo del carbono, nitrógeno, etc. El esquema de almacenamiento y transferencias de energía se suelo denominar balance energético.