¿Cómo se miden las principales variables meteorológicas?

En una entrega pasada conversamos sobre las estaciones meteorológicas, de donde se obtiene la información básica del tiempo y el clima.

Les proponemos ahora adentrarnos en el mundo de las principales variables meteorológicas y del instrumental que se usa en las estaciones meteorológicas para su medición, o cómo estas se calculan en función de otros registros. En este caso vamos a centrarnos en las estaciones convencionales, porque como conversamos anteriormente las estaciones automáticas usan sensores electrónicos para realizar sus mediciones y estas son almacenadas digitalmente o transmitidas de forma automática.

Un primer elemento que ayudaría a entender más fácilmente el tema es conocer los nombres de los instrumentos meteorológicos que están presentes en la mayoría de las estaciones. Estos nombres están formados usualmente por una parte que describe (prefijo) y la cual hace alusión a la variable y un sufijo que representa el tipo de instrumento: -metro si solo mide la(s) variable(s), como en termómetro y –grafo si mediante el propio instrumento la(s) registra de alguna manera que puede ser consultada.

En general, casi todos los instrumentos no digitales utilizan para registrar el valor de las variables un tambor giratorio, acoplado a un mecanismo de relojería, que lo hace girar con una frecuencia que puede ser desde diaria hasta semanal. Sobre este tambor se monta un papel graduado sobre el cual una plumilla con tinta traza una línea según el valor registrado.

Es importante aclarar que todos estos instrumentos tienen una precisión conocida y comprobada mediante un proceso de calibración, porque el nivel de exactitud es trascendental. Además que su lectura correcta depende de la pericia y el entrenamiento del observador meteorológico.

Temperatura

Es además de una de las más seguidas, quizás una de las variables que pueden ser registradas por los usuarios con mayor facilidad, ya que los termómetros, instrumentos que se utilizan con ese fin, están presentes a veces como souvenirs en muchos hogares. También algunos de ellos, digitales, vienen incorporados en relojes y otros aparatos domésticos.

El termómetro presente en las estaciones meteorológicas se basa en el principio de una sustancia que se expande o contrae con el aumento o disminución de la temperatura. Una estación cuenta con varios de ellos: un termómetro para medir la temperatura ambiente como es lógico, pero también tiene un termómetro conocido como termómetro de bulbo húmedo. Es igual al anterior, pero el bulbo (el extremo que mide la temperatura) se mantiene húmedo, mediante un pedazo de tela que se introduce en un recipiente con agua, a manera de mecha.

Tal acción permite simular las condiciones de máxima humedad sobre dicho termómetro, y de la diferencia de esta temperatura y la del ambiente es posible calcular la humedad relativa, ya que mientras la diferencia sea menor, indica un valor más alto de humedad relativa, hasta el punto en que lleguen a igualarse, algo que solo ocurre cuando la humedad llega al 100 %. Al conjunto de ambos termómetros se le denomina psicrómetro.

También tenemos un termómetro de máxima y otro de mínima. El primero es casi idéntico al que usamos para medir la fiebre: tiene en la columna de mercurio un espacio que se llena cuando sube la temperatura, pero al bajar esta impide que el mercurio regrese, quedando marcado el valor máximo. Por esta razón es necesario bajarlo cada cierto tiempo, de la misma manera que hacemos en nuestras casas, agitándolo para forzar el mercurio a regresar al bulbo.

En el caso del segundo (el de mínima) usualmente utiliza alcohol en vez de mercurio, ya que es una sustancia que a muy bajas temperaturas se mantiene en estado líquido, contrario a lo que ocurre con el mercurio, cuyo punto de fusión es de -38 grados Celsius. Este tiene en el interior de la columna de líquido un marcador que se mueve hacia abajo cuando descienden las temperaturas, pero permanece inmóvil cuando estas suben, porque el líquido fluye a través de él. Para que la fuerza de gravedad no afecte este marcador se ubica el termómetro en posición horizontal, y para “restaurar” el termómetro, se pone en posición vertical invertido, para que el marcador se desplace hasta el tope de la columna y pueda descender hasta el valor más bajo que ocurra.

También algunas estaciones incluyen un termógrafo para, además de registrar los valores extremos (temperatura máxima y mínima), conocer a qué hora ocurrieron. Este generalmente se basa en un principio que utilizan otros termómetros que no contienen ninguna sustancia, sino que se sustenta en los cambios mecánicos producidos por la temperatura en dos láminas de metales diferentes.

Humedad

Dicha variable puede ser calculada utilizando el psicrómetro (el conjunto de los termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo). Sin embargo, existen algunos higrómetros e hidrógrafos para poder conocer el comportamiento de la humedad relativa durante el día.

En algunos hogares antiguamente existían higrómetros rústicos, llamados higroscopios, que si bien no permitían hacer lecturas de valores precisas porque no cuentan con una escala, indicaban cuando el contenido de humedad estaba alto o bajo. Algunos de ellos usaban tripas de animales torcidas e incluso cabellos tanto de origen animal como humano sometidos a una gran tensión, estos últimos sí permiten construir higrómetros de mayor precisión.

En todos los casos son materiales que según la humedad se estiran (dilatan) con el aumento de la misma, algo que quizás que  la mayoría de las personas con cabello medianamente largo puedan ahora relacionar con los cambios que este sufre en días lluviosos o muy húmedos.

Presión atmosférica

La presión atmosférica se mide con un barómetro, puede expresarse en hectoPascales o milibares, unidades de medida que son equivalentes. Pero también en milímetros de mercurio, una unidad de medida que proviene de los primeros barómetros diseñados.

Dichos instrumentos se basaban en la altura que alcanzaba una columna de mercurio en función de la presión atmosférica. Todavía se conservan algunos en funcionamiento y requieren cierta habilidad para no obtener lecturas erróneas. Estos han sido sustituidos por otros que se basan igualmente en el efecto de las presión atmosférica sobre ciertos materiales, como es el caso de los barómetros aneriodes. El barógrafo se basa en el mismo principio de estos, y como ya mencionamos tiene acoplada una plumilla que registra el valor de la presión sobre el soporte correspondiente.

Pero no solo basta con registrar el valor de la presión, ya que es una variable que cambia según la altura a la que se mide, estando exactamente en el mismo lugar. El resto de las variables también varían según la altura, pero no es posible calcular o estimar este comportamiento.

Vamos a explicar el porqué. El valor de la presión atmosférica llevándolo a un término más simple sería el “peso” que ejerce toda la atmósfera que se encuentra sobre un punto. Por tanto, si usted sube a la punta de un rascacielos, el valor de la presión será menor, porque tiene menos “aire encima”.

El resto de las variables, como los vientos, la temperatura y la humedad responden no solo a lo que ocurre en ese punto sino al intercambio que hay con los alrededores. Es por ello que el comportamiento de la presión puede estimarse hasta cierta altura, para poder calcular la presión que existe al nivel del mar.

¿Y cuál es la importancia de saber ese valor? Permite la comparación de los valores de presión entre uno o varios puntos para determinar la ubicación de los centro de baja y alta presión en los mapas de tiempo. Y aunque a usted le parezca que las variaciones no son significativas, porque en Cuba tenemos pocas estaciones en montañas, podemos poner el ejemplo de la estación meteorológica de Casa Blanca en La Habana, ubicada a unos 50 metros sobre el nivel del mar, altura a la cual el barómetro registra unos 6 hectoPascal menos que si estuviera al nivel de la bahía de La Habana.

Precipitación

La cantidad de precipitación, que en nuestras latitudes está constituida solo por lluvia (agua líquida), es una de las variables más sencillas de medir, con cierta precisión. El pluviómetro—instrumento encargado de esta tarea—consiste en un recipiente en el que se acumula la lluvia caída y se mide la altura en milímetros, aunque hay países que utilizan otras unidades de longitud, como es el caso de las pulgadas.

Sin embargo, el pluviómetro presente en las estaciones meteorológicas contiene otros elementos, que además de hacerlo más preciso, facilitan su uso. Por ejemplo, contiene partes graduadas que facilitan la lectura de la cantidad, la boca colectora se hace más grande, pero de un tamaño determinado y proporcional al del recipiente colector para que la cantidad de lluvia sea mayor y cantidades pequeñas puedan ser medidas. También existen otros que mediante un sifón descargan la lluvia, una vez esta ha alcanzado una cantidad fija de agua.

Cada cierto tiempo, luego de realizar la lectura de la lluvia caída, se vacía para dejarlo listo para un nuevo periodo.

La unidad milímetro (de altura) de la lluvia es equivalente a un litro por metro cuadrado, otra unidad de medida utilizada en algunos países.

Viento

Para medir la fuerza del viento se utiliza un anemómetro, que puede estar acoplado o acompañado de una veleta, para indicar la dirección de la que sopla el viento.

Quizás el más reconocido por los lectores es el anemómetro de cazoleta, que se basa en un elemento que gira según la fuerza del viento. Aunque existen otros que se basan en disímiles maneras de medir el efecto de la fuerza (velocidad) del viento en diferentes situaciones. Algunos usan un resistencia eléctrica, que al exponerla al viento se enfría más o menos en función de la intensidad del viento que sople, otros que usan ondas sonoras y de ultrasonido.

Al instrumento que combina la medición de la velocidad y la dirección del viento se le denomina anemorumbógrafo. Este consiste en una veleta, a la que se le montan en el extremo que siempre apunta hacia el viento algún aditamento para medir la velocidad del viento. Esto puede ser una hélice que este hace girar , muy similar a un molino de viento a muy pequeña escala.

En Cuba la mayor parte de las estaciones convencionales cuentan con un anemorumbógrafos que utilizan un mecanismo diferente. Estos igualmente tiene montada una veleta que la punta que queda siempre de frente al viento tienen uno o varios orificios por los que penetra el aire y es conducido por una serie de tubos hasta una campana que es subida y baja por la presión del viento. Dicha campana tiene acoplado un aditamento para marcar una grafico la fuerza del viento.

La altura a la que se colocan estos instrumentos es de 10 metros sobre el nivel del suelo, separados de la interferencia de edificaciones y la vegetación circundante.

Heliógrafo

Este instrumento, que a muchos cubanos nos recuerde los animados de Elpidio Valdés, poco tiene que ver con el aparato de comunicaciones que usaba el ejército español, excepto en que ambos usan la luz solar. En este caso hablamos de registrar las horas de sol, o la menos aquellas en que supera un intensidad determinada. Consiste en una esfera de cristal, a través de la cual pasan los rayos del Sol, de manera tal que cuando alcanza cierta intensidad comienzan a quemar una tira de papel graduada, describiendo una trayectoria cuya longitud equivale al tiempo que este estuvo incidiendo.

Una parte de estos instrumentos: termómetros, hidrotermógrafos se ubican dentro la caseta o abrigo meteorológico, como pudimos ver en la primera imagen. La misma se ubica a una altura determinada y sigue cierta reglas para su construcción: pintado de blanco (para reflejar la mayor parte de la radiación solar), con doble techo y tanto sus paredes como la puerta formadas por persianas orientadas hacia abajo. Esto asegura que exista un flujo de aire constante por dentro de las mismas, razón por la cual generalmente están más frescas que el exterior, que sí está bajo la influencia de los rayos del Sol durante el día.

En muchas casas, antes de la invención de los equipos de refrigeración, existían unos gabinetes que se basaban en un principio similar para mantener fresca el agua de beber.

La puerta de esta caseta  debe estar orientada de manera tal que al abrirla nunca los rayos del Sol incidan dentro sobre el instrumental, por tanto en Cuba se ubican hacia el norte y en todo el hemisferio sur hacia el Sur.