La Capa de Ekerman

Por encima de la capa l铆mite de superficie, desde una altura aproximada de 100 m (330 ft) hasta una altura de casi 600 m (2 000 ft), el efecto de fricci贸n en el viento disminuye r谩pidamente con la altura, y el gradiente horizontal de presi贸n y las fuerzas de coriolis son cada vez m谩s dominantes. Al igual que en el caso de la capa l铆mite de superficie, la velocidad del viento aumenta con la altura entre 100 m (330 ft) y 600 m (2 000 ft) a medida que disminuye el efecto de fricci贸n. Sin embargo, su direcci贸n no permanece constante con la altura, como se hab铆a supuesto en la capa l铆mite de superficie, sino que gira en el sentido de las agujas del reloj con la altura en el hemisferio norte y en el sentido contrario en el hemisferio sur.

La teor铆a que permite explicar estos efectos matem谩ticamente fue elaborada inicialmente por Ekman y es aplicable a la capa de la atm贸sfera comprendida aproximadamente entre 100 m (330 ft) y 600 m (2 000 ft), capa 茅sta a la que se ha denominado desde entonces la capa de Ekman. Aplicada a la atm贸sfera, la ecuaci贸n de Ekman puede plantearse del modo siguiente:

En toda la capa de Ekman, se logra un equilibrio entre la fuerza de fricci贸n, la fuerza del gradiente horizontal de presi贸n y la fuerza de coriolis. En la parte inferior de la capa es igual el orden de magnitud de las tres fuerzas y se consigue la corriente equilibrada debido a que el viento sopla a trav茅s de las isobaras, hacia la m谩s baja presi贸n. El 谩ngulo de esta corriente a trav茅s de las isobaras disminuye exponencialmente con la altura a medida que decrece el efecto de fricci贸n, hasta que se alcanza un nivel en que es insignificante el efecto de fricci贸n, donde se consigue un equilibrio entre la fuerza del gradiente horizontal de presi贸n y la fuerza de coriolis, y donde el viento sopla a lo largo de las isobaras.
El nivel al cual el viento sopla a lo largo de las isobaras se denomina nivel del viento geostr贸fico o, simplemente, cima de la capa de fricci贸n. En este nivel y por encima del mismo, los vientos calculados con arreglo a la teor铆a de Ekman se aproximan mucho al viento geostr贸fico. Seg煤n esta teor铆a, el 谩ngulo de la corriente transversal a las isobaras en la capa de Ekman alcanza un m谩ximo de 45潞 en la superficie o apenas por encima de ella, y decrece exponencialmente por encima de una altura aproximada de 100 m (330 ft) hasta 0潞 en la cima de la capa de fricci贸n. Si los vientos calculados en la capa de Ekman se representan por una hidrogr谩fica, los extremos de los vectores viento describen una espiral equiangular, llamada espiral de Ekman.

 

 

En la pr谩ctica, se observa que la velocidad del viento suele aumentar con la altura en la capa de Ekman. El viento sopla a determinado 谩ngulo a trav茅s de las isobaras, que este 谩ngulo decrece con la altura y que el viento gira en el sentido de las agujas del reloj con la altura en el hemisferio norte y en el sentido contrario en el hemisferio sur. Sin embargo, la espiral ideal que se muestra en la Figura 3-2 raramente se consigue, y fuera de las regiones ecuatoriales, donde la fuerza de coriolis es casi nula y el viento puede soplar pr谩cticamente desde cualquier 谩ngulo respecto a las isobaras, el viento atraviesa las isobaras a un 谩ngulo que raramente superior a 30潞. Si se combina el perfil logar铆tmico del viento y el perfil de Ekman, se obtiene una representaci贸n adecuada de la cizalladura del viento 鈥渘ormal鈥 (es decir, no sometida a la influencia de determinados fen贸menos meteorol贸gicos que la ocasionan) entre la superficie y una altura de unos 600 m (2 000 ft).

A ra铆z de la reciente labor intensiva para desarrollar sistemas integrados de observaci贸n del viento en los aer贸dromos, tales como, el sistema meteorol贸gico de terminal integrado (ITWS) y el sistema radar de perfil del viento, utilizado para el sistema de separaci贸n de estelas turbulentas de las aeronaves (AVOSS) de la Administraci贸n Federal de Aviaci贸n y la Administraci贸n Aeron谩utica y Espacial (FAA/NASA) de los Estados Unidos, se ha compilado un considerable volumen de datos sobre perfiles del viento en la capa de Ekman y la correspondiente cizalladura del viento. Con relativa frecuencia se han observado corrientes en chorro a baja altura, con velocidades de viento superiores a 400 km/h por 30 m (20 kt por 1 000 ft) y numerosos casos en que los vientos eran superiores a 40 km/h por 600 m (20 kt por 2 000 ft) en la zona Dallas/Fort Worth (Estados Unidos).

Estos perfiles del viento tienen un inter茅s m谩s que te贸rico en los aer贸dromos, debido a que el control de tr谩nsito a茅reo (ATC) tiene un creciente inter茅s en utilizar la informaci贸n sobre la estructura detallada del viento hasta una altura de 600 m (2 000 ft) para aumentar la eficacia del aer贸dromo permitiendo que se acepte un mayor n煤mero de aeronaves. Los estudios indican que si se permite a unas pocas aeronaves adicionales aterrizar en cada hora en un aeropuerto con capacidad limitada, pueden obtenerse ventajas financieras considerables [$17 millones, empleando los datos sobre vientos en el 谩rea terminal en el Aeropuerto Dallas/Fort Worth y $27 millones en el Aeropuerto internacional John F. Kennedy (JFK) de Nueva York]. Aunque no se ha observado fuerte cizalladura del viento (o sea, de perfil no convectivo), las cizalladuras de perfil superior exigen que los pilotos vigilen atentamente sus velocidades de aproximaci贸n a fin de evitar las aproximaciones frustradas que no sean necesarias, as铆 como los correspondientes costos.

Fly safe and enjoy!
Hasta la pr贸xima
Paz y bien – Namast茅
Roberto G贸mez
rjg@flap152.com

 

Si te gust贸 esta publicaci贸n y queres ser parte, pod茅s colaborar con el mantenimiento de la p谩gina:

Invitame un caf茅 en cafecito.app

Referencias

      • Manual sobre cizalladura del viento a poca altura OACI