Radiografía de un sistema frontal

Muchos chilenos nos mojamos bastante la semana recién pasada y la responsabilidad se la lleva uno de los principales mecanismos de precipitación que afectan al país, los famosos sistemas frontales. Estos complejos sistemas meteorológicos son muy comunes en la zona sur de nuestro país, donde los podemos ver prácticamente durante todo el año, mientras que en la zona centro-norte los observamos principalmente en época de invierno. ¿Cómo funcionan y cómo están conformados? Revisa nuestra radiografía de un sistema frontal.

Los meteorólogos somos como los doctores de la atmósfera y nuestros pacientes pueden ser bastante complejos. Dentro del mundo de los sistemas meteorológicos uno de los más importantes son los llamados sistemas frontales. Ese es su nombre oficial, pero también es probable que los hayas escuchado nombrar como “frentes de mal tiempo” (ya volveremos a esto más adelante) o simplemente “frentes”.

El pionero

El hombre que por primera vez postuló la existencia de los sistemas frontales fue Jacob Bjerknes, un físico y meteorólogo noruego que en 1920 postuló la teoría del frente polar. Bjerknes dedujo que estos sistemas estaban conformados no solo por una baja presión, sino que también por un frente frío, un frente cálido y un frente ocluido, además de otras características: el ciclo de vida promedio es del orden de una semana y su extensión puede alcanzar cientos o incluso miles de kilómetros.

La teoría del frente polar sigue siendo válida hasta el día de hoy porque describe muy bien los movimientos de las masas de aire que hay en superficie y como estas interactúan para producir lluvias, tormentas y vientos. Casi 100 años después, con toda la tecnología y redes de medición, infinitamente superiores a las que habían en la época de Bjerknes, la teoría del frente polar ha sufrido actualizaciones, ya que entendemos mucho más porque se forman los frentes debido a las características dinámicas de la atmósfera. Sin embargo como una primera mirada a los sistemas frontales nos basta y sobra. 

La palabra “frente” está muy relacionada en su origen a los “frentes de guerra”, ya que la banda nubosa formada por estos sistemas le recordaba a Bjerknes los frentes que marcaban posiciones de avance de las tropas durante la I Guerra Mundial. En la atmósfera se define como frente a una zona de transición entre dos masas de aire de diferentes características físicas como temperatura, presión, humedad, viento o incluso densidad.

A nivel planetario existe una zona llamada latitudes medias – que va entre los 30 y 60 grados de latitud – y es por donde tienden a transitar los sistemas frontales. En su trayectoria puede alcanzar a diferentes ciudades de nuestro país, dando lugar a cambios en el tiempo atmosférico como lluvias, vientos, tormentas y mucho más.

La anatomía de un sistema frontal

Todo comienza desde una “pequeña” perturbación atmosférica. Por procesos dinámicos en la atmósfera (que no ahondaremos en esta publicación), el aire superficial en una región particular comienza a ascender rápidamente, produciéndose una especie de succión de aire hacia niveles más altos. Pero para que la región en superficie no se quede “sin aire”, se generan vientos que comienzan a mover aire desde los alrededores en dirección a esta región. Con el pasar de las horas y/o los días se forma un ciclón extratropical (o baja presión), que en el Hemisferio Sur presenta una rotación en el sentido de las agujas del reloj.

Simbología de frentes

Para los que siguen el tiempo en televisión se han podido percatar de la presencia de las “cartas sinópticas”. Los sistemas frontales están dibujados en líneas azules y rojas con su respectiva baja presión. En el caso de las líneas con triángulos y/o semicírculos, estos indican hacia donde avanza el frente. Se usa el color azul para el frente frío, el rojo para el frente cálido, una mezcla azul-rojo en caso de ser  un frente estacionario y el color violeta en el caso de un frente ocluido.

Tal como se ve en la secuencia de la figura 1, en la etapa inicial se observa una pequeña perturbación de nubosidad que comienza a crecer y crecer. En este estado se tienen dos masas de aire en contacto, una fría al sur y otra cálida al norte, generándose una zona de fuerte gradiente de temperatura, provocando que el sistema comience a ondularse y disminuyendo la presión de la naciente baja presión. Se puede decir que esta diferencia de temperatura es una de las fuentes de energía de los sistemas frontales. 

El nacimiento del primer componente de este sistema meteorológico, el frente frío, se produce cuando la circulación alrededor de la baja presión empuja el aire frío desde atrás de la baja hacia delante. El aire frío choca con el cálido, pero como es más denso, empieza a avanzar por “debajo” del aire cálido. Todo lo contrario se produce en el caso del frente cálido, es justamente este aire cálido cercano a la baja presión el que empieza a avanzar y chocar con el aire frío de más al sur. Nuevamente por un tema de densidades, el aire cálido avanza pero queda “arriba” del aire frío.

Lo anterior, da inicio a la onda y la formación del sistema frontal. Esto es interesante, ya que el aire cálido queda por delante y es el que primero incursiona a nuestras costas, por lo que no es raro que sintamos temperaturas agradables antes del arribo de la lluvia. Le sigue un estado de maduración del sistema, en donde los fenómenos meteorológicos adquieren su máxima actividad, tal como se ve en la figura 2. La diferencia de temperatura es máxima entre las diferentes regiones del sistema frontal.

Sin embargo, no todo es para siempre y pasado unos días comienza el proceso de debilitamiento, en donde el aire frío alcanza al cálido en las cercanías de la baja presión, permitiendo la formación de un frente ocluido (en la figura 2, la línea violeta), hasta un punto en que permanece sólo la oclusión sin mayores diferencias en temperaturas entre las masas de aire.

La muerte del sistema frontal se da por varias razones, tanto dinámicas como físicas. Particularmente se puede dar cuando la diferencia de temperatura entre las masas de aire ya no es suficientemente grande para continuar formando bandas frontales, el frente se debilita y desaparece.

Los síntomas de un sistema frontal

Ya hemos mencionado la presencia de cuatro partes bien definidas en un sistema frontal: la baja presión, el frente frío, el frente cálido y el frente ocluido. Veamos más de cerca nuestra radiografía de un sistema frontal:

El frente frío representa la zona de transición entre el aire frío y cálido. Por supuesto, que cuando hablamos de frío o cálido estamos considerándolo como términos relativos. No significa que delante de un frente hayan temperaturas de 30ºC o tras el frente se registren menos de 5ºC. En el Océano Pacífico Sur, estas diferencias son un tanto más tenues que en zonas continentales. Pero por pequeñas que sean estas diferencias, de 5 ó 10ºC, son suficientes para producir todo tipo de fenómenos meteorológicos.

Si buscas en internet una foto de un frente frío, lo primero que aparece es una zona con nubes de gran desarrollo vertical, lluvia fuerte y tormentas eléctricas. Sin embargo, en nuestro país, los frentes no tienden a formar nubes con demasiado desarrollo vertical y las tormentas son menos frecuentes. Lo que sí abundan son nimboestratos, nubes que en ocasiones logran producir grandes cantidades de lluvia y de manera intensa, por momentos.

Y por otro lado, como les mencionamos antes, tenemos el frente cálido, en donde la nubosidad que se forma a partir de estos frentes es mayormente de tipo estratiforme, capaces de originar lluvias de diferente intensad y persistencia (Figura 3).

Cuando se logra formar un frente ocluido o una oclusión, en un comienzo pueden provocar lluvias débiles y persistentes con nubosidad del tipo estratiforme, pero a medida que avanza, pueden llegar a generar fuertes precipitaciones debido a la nubosidad cumuliforme (Figura 4).

Bonus track

Los sistemas frontales se mueven a diferentes velocidades y, en ocasiones, simplemente no se mueven. Cuando esto ocurre, el frente frío o cálido en su defecto se vuelven frentes estacionarios. La dinámica no es capaz de desplazar al frente y el límite entre las masas de aire se mantiene quieto. 

Otro de los fenómenos interesantes asociado a los sistemas frontales corresponde a la inestabilidad post-frontal. La masa de aire que viene por detrás, particularmente cuando es bastante fría, se comienza a inestabilizar y a formar nubosidad tipo cumuliforme (que puede alcanzar gran desarrollo vertical), responsable de intensa precipitación localizada o chubascos fuertes, acompañada de tormentas eléctricas y granizos principalmente.

Un sistema frontal es una mezcla de procesos físicos y dinámicos de la atmósfera y como meteorólogos definimos ciertas áreas que tienen ciertas características, distinguiendo: una baja presión, frentes fríos, frentes cálidos, frentes ocluidos, frentes estacionarios e inestabilidad postfrontal.

¿Sistema frontal o frente de mal tiempo?

Es común que para algunos estos términos sean muy familiares y nos provoquen cierta confusión. En meteorología no es correcto hablar de “frente de mal tiempo” ni tampoco de buen o mal tiempo. Por ejemplo, si lo vemos desde el punto de vista de la agronomía, hoy en día para los agricultores es imprescindible que llueva y poder solventar sus cultivos. Para el caso de la contaminación ambiental, el que precipite sobre la ciudad ayuda a limpiar la atmósfera y así pueden incluso disminuir los casos de enfermedades respiratorias… ni mencionar los embalses, la acumulación de nieve en cordillera para consumo de agua en verano o para el turismo.

Ahora ya entenderás un poco más cuando escuches sobre este sistema en el pronóstico del tiempo. Como ven, los sistemas frontales no son para nada negativos y, de hecho, son prácticamente la única fuente de precipitación en nuestro país. Así que la próxima vez que escuches sobre los sistemas frontales, ya sabes que hay un montón de fenómenos meteorológicos que se están produciendo muy cerca de ti.

Escrito por: Juan Crespo.  Editor: Manuel Olivares y Bárbara Tapia.

 

Referencias

• BJERKNES, J., 1919: On the Structure of Moving Cyclones.– Mon. Wea. Rev. 47, 95–99 .
• BJERKNES, J., H. SOLBERG, 1922: The life cycle of cy-clones and the polar front theory of atmospheric circulation. – Kristiana, Geofysiske Publikationer 3, 3–18.
• GARREAUD, R., Sistemas de latitudes medias y Bajas segregadas- Universidad de Chile- Departamento de geofísica.