Brisas
Los movimientos característicos del aire (tierra-mar) en las costas o (tierra-agua) en los lagos durante el día y la noche dan lugar a las brisas. El viento diurno o brisa marina, es debido a un descenso hacia la tierra del gradiente de presión barométrica, como consecuencia que durante el día la capa inferior del aire que está en contacto con la tierra se calienta más rápidamente que el mar; como la superficie del mar adyacente no se calienta con tanta intensidad, permanece relativamente más fría. En respuesta al gradiente de presión local, el aire se dirige tierra adentro a baja altura. Por la noche se invierte el gradiente de temperatura debido a que la superficie del terreno se enfría más rápido; el gradiente de presión es ahora de la tierra hacia el mar, motivando un flujo de aire hacia el océano (la brisa terrestre). Normalmente durante la noche la brisa terrestre tiene velocidades inferiores, debido a que la diferencia de temperaturas entre la tierra y el mar es más pequeña.

Las brisas influyen considerablemente en el potencial eólico de una zona y puede suceder que dos lugares muy próximos tengan una gran diferencia de condiciones eólicas. Los valles y las zonas entre dos montañas afectan enormemente al citado potencial al aumentar considerablemente la acción del viento, que varía notablemente con la altura. Esta variación es consecuencia de la capa límite que se produce en el contacto de los fluidos viscosos con las superficies (aire y tierra).

Frentes

Cuatro patrones de frentes –cálido, frío, ocluido y estacionario- se pueden formar por aire de temperaturas diferentes. El frente frío es una zona de transición entre el aire cálido y el frío, donde este último se mueve sobre el área previamente ocupada por el cálido. Por lo general, los frentes fríos presentan pendientes de 1:50 a 1:150, lo que significa que por cada kilómetro de distancia vertical cubierta por el frente, habrá de 50 a 150 km de distancia horizontal cubierta. El aumento de aire cálido sobre un frente frío en avance y el enfriamiento expansivo subsiguiente a este aire, conducen a nubosidades y precipitaciones de acuerdo con la posición del frente superficial (el frente superficial es el punto en el que el frente en avance entra en contacto con la Tierra).

Los frentes cálidos, por otro lado, separan el aire cálido en avance del aire frío en retirada y presentan pendientes del orden de 1:100 a 1:300 debido a los efectos de fricción del borde de salida del frente. La precipitación generalmente se encuentra en el avance de un frente cálido.

Cuando emergen frentes fríos y cálidos (y el frente frío se sobrepone al cálido) se forman frentes ocluidos. Los frentes ocluidos pueden ser llamados oclusiones de frentes cálidos o fríos. Sin embargo, cualquiera sea el caso, una masa de aire más fría predomina sobre una no tan fría.

Independientemente del tipo de frente ocluido que se aproxime, las nubes y precipitaciones resultantes de tal frente serán similares a las de un frente cálido. A medida que el frente pasa, las nubes y la precipitación se parecerán a las de un frente frío. Así, por lo general es imposible distinguir cuándo se aproxima un frente cálido y cuándo lo hace uno ocluido. Las regiones en las que predominan los frentes ocluidos presentan pocas nubes, cantidades mínimas de precipitaciones y pequeños cambios diarios de temperatura.

El último tipo de frente es el estacionario. Como su nombre lo indica, las masas de aire alrededor de este frente no se encuentran en movimiento.

EL CICLO DEL AGUA
El agua ha sido el medio que permitió, en épocas pasadas, el desarrollo de la vida en nuestro planeta. Sus propiedades fisicoquímicas y la alta capacidad de disolución de numerosos nutrientes hacen del agua un medio donde pueden desarrollarse numerosos organismos. Todos los seres vivos dependen de una u otra forma del agua. Los organismos acuáticos obtienen, de ella, todos los nutrientes precisos para el crecimiento. Por su parte los organismos terrestres, aunque se han independizado de su presencia permanente, siempre requieren de agua para mantener una vida activa, máxime cuando se sabe que todas las reacciones intercelulares se llevan a cabo en suspensiones acuosas. Por esto ningún organismo puede prescindir totalmente de ella.

Su presencia en la tierra se manifiesta en tres estados físicos diferentes: sólido, líquido y gaseoso. El vapor de agua representa una mínima parte de la totalidad del agua existente; sin embargo, su presencia tienen una importancia fundamental en el mantenimiento del clima del planeta. Se estima que la presencia de agua líquida (océanos, mares, lagos, ríos) alcanza al 97% del total del agua del planeta. Por otra parte la enorme capacidad que posee el agua para captar energía calórica solar, hace posible una intensa evaporación, especialmente desde la superficie de los mares. El calentamiento de las masas de aire y de aguas, tiene como consecuencia el movimiento de estas de lugares cálidos hacia lugares fríos y viceversa. Este simple hecho desencadena el proceso de evaporación y precipitación.

Las corrientes atmosféricas que desplazan el aire junto con su carga de vapor de agua, hacen posible el reciclaje del agua que desde el mar pasa a la tierra y de esta por medio de los ríos y corrientes subterráneas de nuevo al mar. Es por ello que se suele hablar del ciclo del agua o ciclo hidrológico porque está en continuo movimiento gracias a la energía solar que llega continuamente a la tierra y que posibilita el movimiento de esta importante compuesto.

La distribución de las precipitaciones en conjunto con la orografía terrestre determinan la distribución y tipos de ecosistemas. Existe una linealidad entre la abundancia de organismos y la intensidad y regularidad de las precipitaciones.

Masas de aire

Las masas de aire son fenómenos de escala macro, que cubren cientos de miles de kilómetros cuadrados y se extienden por miles de metros. Son volúmenes de aire relativamente homogéneos con respecto a la temperatura y a la humedad, y adquieren las características de la región sobre la que se forman y desplazan. Los procesos de radiación, convección, condensación y evaporación condicionan la masa de aire a medida que se desplaza. Además, los contaminantes liberados en una masa de aire se desplazan y dispersan dentro de ella. Las masas de aire son más frecuentes en ciertas regiones. Estas áreas se conocen como regiones de origen y determinan la clasificación de la masa de aire. Las masas de aire se clasifican como marítimas o continentales según tengan su origen en el océano o la Tierra, y como árticas, polares o tropicales según la latitud de su origen. La frontera entre masas de aire con características diferentes se denomina frente. Un frente no es una pared marcada sino una zona de transición que muchas veces abarca varias millas.

La temperatura es una propiedad básica de las masas de aire. La temperatura de una masa de aire depende de la región donde esta se origina. Las masas árticas de aire son las más frías, y las tropicales, las más cálidas.

La humedad es la segunda propiedad básica de una masa de aire. Desempeña un papel significativo en el tiempo y en el clima, y generalmente se trata independientemente de los demás componentes del aire. En cualquiera de sus formas, la humedad atmosférica es un factor de humedad, nubosidad, precipitación y visibilidad. El vapor de agua y las nubes afectan la transmisión de la radiación tanto hacia como desde la superficie terrestre. A lo largo del proceso de evaporación, el vapor del agua también transporta calor latente al aire, lo cual le da una función en el intercambio de calor (así como en el intercambio de humedad) entre la Tierra y la atmósfera. El agua atmosférica se obtiene por evaporación pero se pierde por precipitación. La atmósfera sólo almacena una fracción de minuto del agua terrestre bajo la forma de nubes y vapor. La cantidad neta de agua presente en la atmósfera al final de cualquier período para una determinada región es una suma algebraica total de la cantidad almacenada en un período previo, la ganancia por evaporación, la ganancia o pérdida por transporte horizontal y la pérdida por precipitación. Esta relación expresa el balance hídrico de la atmósfera.

Circulación general del Aire

La circulación general del aire representa el flujo promedio de aire alrededor del mundo. Como los vientos pueden variar ampliamente respecto del promedio en cualquier tiempo y lugar, el estudio de los patrones de flujo promedio del viento puede servir para identificar los patrones predominantes de circulación en ciertas latitudes y entender sus causas. La fuerza que impulsa la circulación general es el calentamiento irregular de la superficie terrestre. Las regiones ecuatoriales reciben mucho más energía del sol que las polares. Las variaciones horizontales de la temperatura atmosférica, causadas por el calentamiento irregular, determinan diferencias de presión que dirigen la circulación atmosférica.

Dada la complejidad de la circulación mundial del aire, se empezará por estudiar un modelo simple que explica cómo sería dicho proceso sin las complicaciones causadas por la rotación de la Tierra y la irregularidad de su superficie. Si la Tierra no rotara y estuviera compuesta por una superficie sólida uniforme, se podría observar un modelo de circulación muy predecible del ecuador a los polos . El aire del ecuador, que recibe más radiación solar, sería mayor que el de los polos. Sería más cálido y ligero, y se elevaría debido a la convección. A medida que el aire ecuatorial cálido se eleva, se producen tormentas eléctricas que liberan más calor y hacen que el aire continúe elevándose hasta que llega a la capa superior de la atmósfera. En este punto, el aire empezaría a moverse hacia las regiones polares y se enfriaría a medida que se traslade. En los polos, el aire frío denso descendería a la superficie y volvería a fluir hacia el ecuador. En el hemisferio norte, el flujo del aire cercano a la superficie estaría siempre fuera del norte porque el aire más frío del polo norte remplazaría al aire cálido, ascendente desde el ecuador.

Sin embargo, la Tierra rota, lo que complejiza este flujo relativamente simple de aire. El efecto de Coriolis es un factor principal que explica los patrones reales del flujo del aire alrededor de la Tierra.

A continuación se explicará cómo actúa la fuerza de Coriolis en la circulación planetaria del aire. En el ecuador, el aire cálido se eleva y muchas veces se condensa en grandes nubarrones y tormentas. De este modo, se desarrolla una banda de presión baja alrededor del ecuador. Estas tormentas eléctricas liberan calor, que conduce el aire hacia partes más altas de la atmósfera. Allí, el aire empieza a trasladarse lateralmente hacia los polos y se enfría a medida que se mueve. El aire empieza a convergir o “reunirse” a una altura aproximada de 30° de latitud. La convergencia del aire hace que este se hunda o asiente en esta latitud. Esto determina la divergencia del aire en la superficie terrestre. A medida que el aire se hunde en esta región, el cielo se muestra despejado y los vientos superficiales son suaves y variables.

Viento

El viento es el elemento básico en la circulación general de la atmósfera. Todos los movimientos del viento, desde ráfagas pequeñas hasta grandes masas de aire, contribuyen al transporte del calor y de otras condiciones de la atmósfera alrededor de la Tierra. La denominación de los vientos depende de la dirección de donde provienen. Así, un “viento del norte” es aquel que sopla de norte a sur y un “viento del oeste” es aquel que sopla de oeste a este. Cuando los vientos soplan con mayor frecuencia desde una dirección que desde otra, esta recibe el nombre de viento prevalente.

La velocidad del viento aumenta rápidamente con la altura sobre el nivel del suelo mientras que la carga de fricción disminuye. Por lo general, el viento no es una corriente constante sino conformada por ráfagas con una dirección ligeramente variable, separada por intervalos. Las ráfagas de viento que se producen cerca de la Tierra se deben a las irregularidades de la superficie, lo cual crea remolinos. Los remolinos son variaciones de la corriente principal del flujo del viento. Las irregularidades mayores se producen por convección –o transporte vertical del calor. Estas y otras formas de turbulencia contribuyen al movimiento del calor, de la humedad y del polvo en el aire en altura.

PREDICCION NUMERICA DEL TIEMPO (Numerical Weather Prediction -NWP)
La predicción numérica del tiempo, usa complejos programas de cómputo, conocidos como modelos numéricos de pronóstico, que procesan (“corren”) datos en supercomputadoras y proporcionan predicciones de las variables meteorológicas, tales como la temperatura, presión atmosférica, viento, humedad y precipitación.

Un modelo numérico es un conjunto de ecuaciones matemáticas cuya solución requiere de métodos numéricos. Las ecuaciones básicas de un modelo numérico del tiempo son aquellas que rigen el movimiento del aire (horizontal y vertical), conservación de la masa y la energía, las transformaciones termodinámicas, los procesos de formación y desarrollo de las nubes, etc. Los métodos numéricos más comunes usados para resolver el sistema de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales (modelo numérico del tiempo) son: diferencias finitas, métodos espectrales y elementos finitos.
Asimismo debemos tener en cuenta que tenemos dos clases de modelos, el barotrópico y el modelo baroclínico.

El Modelo Barotrópico
Una atmósfera es barotrópica si no existen vientos térmicos; en este modelo no se tiene en cuenta el tipo de desarrollo de ciclones o anticiclones y tiene otras restricciones como:
Después del tiempo t = 0, el movimiento del aire viene gobernado tan sólo por la inercia que posee en el instante t = 0, lo que equivale decir que no se tiene en cuenta cualquier aportación de nueva energía.
El movimiento se supone que es totalmente horizontal y no divergente, de modo que cada partícula conserva su vorticidad absoluta inicial durante su movimiento; la vorticidad viene medida a través de los vientos geostróficos.

El Modelo Baroclínico
Los modelos posteriores se encaminaron a eliminar las múltiples restricciones que tenía el modelo barotrópico y en particular, han sido utilizados diversos modelos baroclínicos, en los que se tienen en cuenta las condiciones existentes a dos o tres niveles; de esta forma se toman en consideración los desarrollos sinópticos asociados a los vientos térmicos. En la actualidad se han hecho esfuerzos en el sentido de incluir en el modelo influencias tales como la topografía, calentamiento superficial, rozamiento , e intercambios de calor latente.