¿Por qué es tan complicado predecir el tiempo atmosférico?

“Uno todo el año, dos ninguno, tres enero, cuatro febrero...” De esta manera tan simple uno puede convertirse en ‘hombre del tiempo’. Son las cabañuelas o, al menos, una de sus múltiples versiones: mirando al cielo los catorce primeros días de agosto el aprendiz de brujo-meteorólogo es capaz de predecir, sin el menor asomo de error, el tiempo medio que tendremos al año siguiente. Y si quiere afinar un poco más, basta con que eche mano de quien lleva pronosticando año tras año desde 1840: el Calendario Zaragozano, fruto del cerebro de Don Mariano Castillo Ocsiero.

Por desgracia, la predicción del tiempo no es tan sencilla como mirar la Luna; de hecho resulta verdaderamente complicado. Ahora bien, no pensemos que no conocemos las leyes físicas que lo gobiernan; nada de eso, son bien conocidas, pero las ecuaciones que las traducen al lenguaje matemático son muy complejas y sólo se pueden obtener soluciones exactas en un puñado de casos tan simples que no sirven para mucho. Los matemáticos conocen bien estas ecuaciones, que han bautizado con el enigmático nombre de ecuaciones diferenciales no lineales en derivadas parciales.

El complicado comportamiento de los fluidos

A primera vista resulta asombroso que sea tan difícil predecir el comportamiento de la atmósfera, cuando ésta representa menos del uno por ciento del radio de nuestro planeta. Sería análogo a coger una pelota de fútbol y declarar ser incapaces de decir qué sucede en los 4 milímetros del cuero exterior. Pero esto es lo que tienen todos los fluidos, ya sean gases o líquidos: cuantificar su comportamiento es extremadamente complejo y muy a menudo su proceder es completamente opuesto a lo que en un primer momento parecería. Por ejemplo: una característica suya es que se mueven desde las zonas de alta presión a las de menor presión (por eso se deshincha un globo). Pero si nos fijamos en los mapas del tiempo descubriremos que los vientos circulan a lo largo de las curvas isobaras (de igual presión) en lugar de hacerlo perpendicularmente a ellas.

Quizá seamos más conscientes de la gran sorpresa que esto significa si nos imaginamos un mapa geográfico con las curvas de nivel de los montes de la zona. Todos sabemos que esas curvas unen los puntos de igual altura, de modo que si las cruzamos en sentido hacia las de mayor nivel, estamos subiendo una montaña. Pues bien, imaginemos que un amigo, con cara de asombro, nos pinta sobre el mapa la trayectoria de una pelota que ha visto moverse por la zona. ¡Y dibuja una línea que va casi exactamente a lo largo de una curva de nivel! Inmediatamente pensaríamos que algo raro está pasando porque una pelota abandonada libremente en la ladera de una montaña tiende a caer...

La olvidada rotación de la Tierra

Para explicar esta conducta anómala hay que echar mano de algo a lo que nunca hacemos caso: la rotación de la Tierra. En 1829 un matemático francés, Gustave-Gaspard de Coriolis, estudió los movimientos sobre superficies en rotación para explicar un hecho que todos los artilleros de largo alcance sabían: si disparas a un blanco lejano, situado en el norte, justo en la dirección que te marca el visor, nunca acertarás. El proyectil, incomprensiblemente, se desviará a la derecha (en el hemisferio sur, a la izquierda). Esto es así porque tanto el cañón como el objetivo se mueven solidariamente a la Tierra, que gira. Para un observador en la estación espacial lo que ve es una bala describiendo una impecable trayectoria en línea recta (mejor dicho, parabólica) mientras que el suelo gira bajo sus pies. Lo mismo sucede con la atmósfera, que también gira solidariamente con el planeta: un viento del oeste significa que el aire se mueve hacia el este con una velocidad mayor que la de la Tierra.

Ahora bien, para describir el movimiento de la bala -o de los vientos- desde la superficie de la Tierra, que es donde vivimos, se debe introducir una fuerza ficticia que “obligue” a la bala a ir siempre a la derecha: es la fuerza de Coriolis. Así, una partícula que se dirija hacia el polo norte se verá desviada hacia el este y si va del polo norte al ecuador, al oeste.

Por este motivo, en los movimientos de la atmósfera a gran escala se verifica una lucha entre la fuerza de Coriolis, que tiende a llevar las masas de aire a la derecha (en el hemisferio norte) y la fuerza del gradiente de presión o fuerza bárica, que pugna por llevarlas de las zonas de alta presión a las de baja. Este pelea termina en casi un empate. Hay una ligerísima diferencia a favor de la bárica (si fueran exactamente igual tendríamos lo que se llama un viento geostrófico). Esta nimia disparidad provoca lo que todos conocemos, unos mapas del tiempo cambiantes, donde las depresiones se rellenan y las altas presiones se debilitan.

El efecto de la luz del Sol

El meteorólogo Andrew P. Ingersoll lo ha dicho bien claro: “la atmósfera es el fluido que mantiene en funcionamiento la máquina térmica terrestre”. Lo que sucede es bien sencillo de entender: la energía del Sol, al llegar a la atmósfera, se convierte en energía térmica antes de que nuestro planeta la devuelva al espacio en forma de radiación infrarroja. Ahora bien, no toda esta radiación se recibe de igual forma: así, en el trópico la insolación es mayor que en las zonas árticas. Tampoco se calientan por igual la tierra firme y los océanos; el agua refleja más radiación y se calienta más despacio, pero también penetra más (hasta 20 metros de profundidad) con lo que se calienta una masa más grande que en tierra firme. Esto genera uno de los sistemas eólicos a gran escala conocido con el nombre genérico de monzones, que determinan el tiempo atmosférico del sur y sudeste asiático. Funciona prácticamente igual que las brisas terrestres y marinas: durante el verano el monzón sopla del mar, más frío, a la tierra, deparando las clásicas tormentas, y en el invierno de la tierra al mar, en este caso seco y con escasa nubosidad.

Movimiento térmico

Por si esto fuera poco, hay que tener en cuenta que la atmósfera tiene altura: la parte de en contacto con la superficie está más caliente que la alta, con lo que se producen movimientos verticales de transferencia de calor idénticos a cuando calentamos agua en un puchero. Este aire ascendente se enfría, pero no lo hace del mismo modo si es aire seco o húmedo.

Este complicado juego térmico, donde intervienen múltiples factores, provoca los movimientos de aire que convierten nuestra atmósfera en un sistema en continuo cambio. Para hacernos una idea, hagamos el siguiente experimento con una vela y dos habitaciones de nuestra casa; en una encendemos la calefacción y en la otra la dejamos como está, fría. Si abrimos la puerta que las comunica, en el umbral se producirá un movimiento de aire que detectaremos con las oscilaciones de la llama. A ras de suelo veremos que es el aire frío el que pasa hacia la habitación caldeada, mientras que en altura el aire caliente anda el camino contrario hacia la habitación fría. Una vez allí, desciende para ocupar el espacio dejado por el aire frío. La situación se estabiliza cuando el espacio próximo al suelo de ambas habitaciones lo ocupa el aire frío mientras que el caliente se sitúa en la parte superior.

Este sencillo experimento nos revela los complejos movimientos de aire que se producen incluso en las situaciones más sencillas imaginables –en este caso, sólo la temperatura desempeña una función preponderante-. En el caso de la atmósfera, también hay que tener en cuenta el rozamiento del aire con el suelo, la orografía, la distribución de humedad y el mapa de presiones, la existencia de un océano... Este último es de especial relevancia para comprender el comportamiento de la atmósfera (quienes hayan visto la película “El día de mañana” recordarán que la ‘predicción’ sobre la nueva glaciación comenzó con una serie de medidas tomadas en el mar): no sólo ocupa el 71% de la superficie terrestre, sino que lo hace de manera totalmente asimétrica; el 60% se encuentra en el hemisferio sur. Las corrientes oceánicas superficiales ejercen un control sobre la circulación de los vientos a bajo nivel y, además, funciona como un inmenso almacén de dióxido de carbono, ese infame gas invernadero.