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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E6 - Ondas Atmosféricas, Internas y de Gravedad
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4942
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Restauración por boyantez
¿Qué mecanismo físico permite las ondas de gravedad atmosféricas?
Grupo 2: Grupo 2: Generación y banda de frecuencias
¿Cómo se generan las ondas y qué frecuencias pueden tener?
Grupo 3: Grupo 3: Generación orográfica y partición
¿Cómo transforma la orografía un flujo estable moderado en ondas de montaña?
Grupo 4: Grupo 4: Propagación vertical y amplificación
¿Qué ocurre con una onda de montaña que asciende en una atmósfera menos densa?
Grupo 5: Grupo 5: Ruptura y frenado de onda de montaña
¿Cómo la ruptura convierte el momento de la onda en frenado del flujo medio?
Grupo 6: Grupo 6: Transporte de momento a la atmósfera media
¿Qué papel colectivo cumplen las ondas que rompen a distintas alturas?
Grupo 7: Grupo 7: Subresolución y parametrización global
¿Por qué los modelos globales deben parametrizar estas ondas?
ID:1799
Grupo 1: Grupo 1: Restauración por boyantez
Descripción
¿Qué mecanismo físico permite las ondas de gravedad atmosféricas?
Pregunta clave: ¿Qué mecanismo físico permite las ondas de gravedad atmosféricas?
Las ondas de gravedad atmosféricas son perturbaciones que existen porque, en un aire estratificado, la boyantez actúa como fuerza restauradora: cualquier parcela de aire que se desplaza verticalmente de su posición de equilibrio siente esa boyantez empujándola de vuelta, y ese vaivén entre el desplazamiento y la fuerza que lo corrige es lo que produce la onda. Las ondas que se propagan verticalmente no mantienen su amplitud constante: como el aire se vuelve cada vez menos denso con la altura, la amplitud de la onda tiene que crecer para conservar la misma energía, hasta que esa amplitud crece tanto que las superficies isentrópicas que la onda va deformando terminan por plegarse sobre sí mismas. Ese transporte de momento es crítico para el balance de momento de la circulación media de la atmósfera media: sin las ondas de gravedad atmosféricas depositando momento a lo largo de su ruptura, esa circulación media perdería una parte esencial de lo que la mantiene en equilibrio. Así, las ondas de gravedad atmosféricas —nacidas de la boyantez que las restaura, generadas por la convección, la orografía o el ajuste geostrófico, y capaces de romper y depositar su momento muy lejos de donde se originaron— siguen siendo, pese a su tamaño pequeño, una pieza indispensable del balance de momento de toda la atmósfera media.
ID:3718
Grupo 2: Grupo 2: Generación y banda de frecuencias
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¿Cómo se generan las ondas y qué frecuencias pueden tener?
Pregunta clave: ¿Cómo se generan las ondas y qué frecuencias pueden tener?
Las ondas de gravedad atmosféricas existen tanto en la troposfera como en la estratosfera, y se generan de tres maneras distintas: por convección, por el relieve del terreno o por el ajuste geostrófico del flujo. La frecuencia con la que oscilan estas ondas de gravedad atmosféricas no puede tomar cualquier valor: queda acotada entre la frecuencia de Coriolis, que marca el límite de baja frecuencia, y la frecuencia de Brunt-Väisälä, que marca el límite de alta frecuencia. Este mismo depósito de momento, multiplicado por todas las ondas de gravedad atmosféricas que rompen en distintos lugares y a distintas alturas, convierte a las ondas de gravedad atmosféricas en el principal mecanismo de transporte de momento desde la troposfera hacia la estratosfera y la mesosfera. Una de las tres formas de generar ondas de gravedad atmosféricas, el relieve del terreno, da origen a las ondas de montaña: se producen cuando el flujo horizontal choca contra la orografía y esta lo perturba.
ID:3719
Grupo 3: Grupo 3: Generación orográfica y partición
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¿Cómo transforma la orografía un flujo estable moderado en ondas de montaña?
Pregunta clave: ¿Cómo transforma la orografía un flujo estable moderado en ondas de montaña?
Si el flujo que choca contra la orografía es estable y de intensidad moderada, esa perturbación se reparte en dos tipos de onda: unas ondas de gravedad quedan atrapadas cerca de la superficie, formando las llamadas ondas de lee, mientras que otras se propagan verticalmente hacia arriba, alejándose de la montaña que las originó. Una de las tres formas de generar ondas de gravedad atmosféricas, el relieve del terreno, da origen a las ondas de montaña: se producen cuando el flujo horizontal choca contra la orografía y esta lo perturba. Precisamente porque las ondas de gravedad atmosféricas son tan importantes para ese balance de momento, no poder representarlas bien en un modelo global es un problema serio: su escala horizontal, de entre diez y cien kilómetros, queda por debajo de la resolución típica que manejan los modelos globales de predicción, así que ningún modelo global las resuelve directamente y todas tienen que parametrizarse, del mismo modo en que se parametriza el frenado que producen las ondas de montaña al romper. En ese momento la onda rompe, y al romper deposita todo el momento que traía en esa región de la atmósfera; ese depósito de momento es lo que produce el frenado de ondas de montaña, un frenado que los modelos numéricos deben parametrizar y que retarda los chorros de viento que atraviesan esa misma región.
ID:3720
Grupo 4: Grupo 4: Propagación vertical y amplificación
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¿Qué ocurre con una onda de montaña que asciende en una atmósfera menos densa?
Pregunta clave: ¿Qué ocurre con una onda de montaña que asciende en una atmósfera menos densa?
Las ondas que se propagan verticalmente no mantienen su amplitud constante: como el aire se vuelve cada vez menos denso con la altura, la amplitud de la onda tiene que crecer para conservar la misma energía, hasta que esa amplitud crece tanto que las superficies isentrópicas que la onda va deformando terminan por plegarse sobre sí mismas. Las ondas de gravedad atmosféricas son perturbaciones que existen porque, en un aire estratificado, la boyantez actúa como fuerza restauradora: cualquier parcela de aire que se desplaza verticalmente de su posición de equilibrio siente esa boyantez empujándola de vuelta, y ese vaivén entre el desplazamiento y la fuerza que lo corrige es lo que produce la onda. En ese momento la onda rompe, y al romper deposita todo el momento que traía en esa región de la atmósfera; ese depósito de momento es lo que produce el frenado de ondas de montaña, un frenado que los modelos numéricos deben parametrizar y que retarda los chorros de viento que atraviesan esa misma región. Si el flujo que choca contra la orografía es estable y de intensidad moderada, esa perturbación se reparte en dos tipos de onda: unas ondas de gravedad quedan atrapadas cerca de la superficie, formando las llamadas ondas de lee, mientras que otras se propagan verticalmente hacia arriba, alejándose de la montaña que las originó.
ID:3721
Grupo 5: Grupo 5: Ruptura y frenado de onda de montaña
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¿Cómo la ruptura convierte el momento de la onda en frenado del flujo medio?
Pregunta clave: ¿Cómo la ruptura convierte el momento de la onda en frenado del flujo medio?
En ese momento la onda rompe, y al romper deposita todo el momento que traía en esa región de la atmósfera; ese depósito de momento es lo que produce el frenado de ondas de montaña, un frenado que los modelos numéricos deben parametrizar y que retarda los chorros de viento que atraviesan esa misma región. Si el flujo que choca contra la orografía es estable y de intensidad moderada, esa perturbación se reparte en dos tipos de onda: unas ondas de gravedad quedan atrapadas cerca de la superficie, formando las llamadas ondas de lee, mientras que otras se propagan verticalmente hacia arriba, alejándose de la montaña que las originó. Precisamente porque las ondas de gravedad atmosféricas son tan importantes para ese balance de momento, no poder representarlas bien en un modelo global es un problema serio: su escala horizontal, de entre diez y cien kilómetros, queda por debajo de la resolución típica que manejan los modelos globales de predicción, así que ningún modelo global las resuelve directamente y todas tienen que parametrizarse, del mismo modo en que se parametriza el frenado que producen las ondas de montaña al romper. Ese transporte de momento es crítico para el balance de momento de la circulación media de la atmósfera media: sin las ondas de gravedad atmosféricas depositando momento a lo largo de su ruptura, esa circulación media perdería una parte esencial de lo que la mantiene en equilibrio.
ID:3722
Grupo 6: Grupo 6: Transporte de momento a la atmósfera media
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¿Qué papel colectivo cumplen las ondas que rompen a distintas alturas?
Pregunta clave: ¿Qué papel colectivo cumplen las ondas que rompen a distintas alturas?
Ese transporte de momento es crítico para el balance de momento de la circulación media de la atmósfera media: sin las ondas de gravedad atmosféricas depositando momento a lo largo de su ruptura, esa circulación media perdería una parte esencial de lo que la mantiene en equilibrio. Este mismo depósito de momento, multiplicado por todas las ondas de gravedad atmosféricas que rompen en distintos lugares y a distintas alturas, convierte a las ondas de gravedad atmosféricas en el principal mecanismo de transporte de momento desde la troposfera hacia la estratosfera y la mesosfera. Así, las ondas de gravedad atmosféricas —nacidas de la boyantez que las restaura, generadas por la convección, la orografía o el ajuste geostrófico, y capaces de romper y depositar su momento muy lejos de donde se originaron— siguen siendo, pese a su tamaño pequeño, una pieza indispensable del balance de momento de toda la atmósfera media. En ese momento la onda rompe, y al romper deposita todo el momento que traía en esa región de la atmósfera; ese depósito de momento es lo que produce el frenado de ondas de montaña, un frenado que los modelos numéricos deben parametrizar y que retarda los chorros de viento que atraviesan esa misma región.
ID:3723
Grupo 7: Grupo 7: Subresolución y parametrización global
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¿Por qué los modelos globales deben parametrizar estas ondas?
Pregunta clave: ¿Por qué los modelos globales deben parametrizar estas ondas?
Precisamente porque las ondas de gravedad atmosféricas son tan importantes para ese balance de momento, no poder representarlas bien en un modelo global es un problema serio: su escala horizontal, de entre diez y cien kilómetros, queda por debajo de la resolución típica que manejan los modelos globales de predicción, así que ningún modelo global las resuelve directamente y todas tienen que parametrizarse, del mismo modo en que se parametriza el frenado que producen las ondas de montaña al romper. En ese momento la onda rompe, y al romper deposita todo el momento que traía en esa región de la atmósfera; ese depósito de momento es lo que produce el frenado de ondas de montaña, un frenado que los modelos numéricos deben parametrizar y que retarda los chorros de viento que atraviesan esa misma región. Las ondas de gravedad atmosféricas son perturbaciones que existen porque, en un aire estratificado, la boyantez actúa como fuerza restauradora: cualquier parcela de aire que se desplaza verticalmente de su posición de equilibrio siente esa boyantez empujándola de vuelta, y ese vaivén entre el desplazamiento y la fuerza que lo corrige es lo que produce la onda. Una de las tres formas de generar ondas de gravedad atmosféricas, el relieve del terreno, da origen a las ondas de montaña: se producen cuando el flujo horizontal choca contra la orografía y esta lo perturba.
ID:3724