Historia de La Meteorología

Asignatura: Meteorología y Climatología Climatología

TEXTO Nº 2

HISTORIA DE LA METEOROLOGIA La historia de la meteorología está muy relacionada con la evolución de las ciencias físicas y químicas, así como con el avance de la astronomía y la tecnología, pues en el caso particular de la investigación de la atmósfera esta se ha basado en el registro y observación desde diversas plataformas y sensores remotos, como son la radiosonda, globos, aviones, satélites, etc. En este apéndice, nos concentramos en los científicos y sus descubrimientos, prestando menor atención a los complicados inventos e instrumentos, instrumentos, que permitieron el avance de la meteorología; meteorología; no se propone hacer un análisis exhaustivo de todos los eventos históricos, por lo que el lector encontrará que faltan falt an muchas cuestiones y personalidades que de una u otra manera participaron en la formación de la meteorología. La historia de la meteorología se puede subdividir en tres grandes etapas: 1) la etapa prehistóri ca, mitológica y de la edad media,  media,   en la que el hombre creía que los fenómenos naturales eran mensajes y castigos de los dioses; 2) la etapa de la observación observación y d escubrimientos científicos, científicos , en la que el hombre logró superar las creencias religiosas y filosóficas, para basar su conocimiento en la observación y análisis detallado de los fenómenos naturales y 3) la etapa de modernización modernización t ecnológica, ecnológica, en la que el hombre se apoya en los avances de la tecnología, para investigar las causas de los fenómenos meteorológicos, así como los posibles escenarios futuros. 1. Los primeros pasos: Prehistoria, Mitología y Edad Media El hombre prehistórico fue, por necesidad de supervivencia, un observador de su medio ambiente; los distintos fenómenos atmosféricos eran considerados como mensajes o castigos de los dioses, el hombre de aquellos días se conformaba con aceptar l os beneficios o perjuicios asociados, pero sin cuestionarse los mecanismos o las causas de los fenómenos. No se conoce con exactitud cuándo comenzó la observación aplicada de los fenómenos meteorológicos, pero se puede suponer que fue en la misma época en que se desarrolló el cultivo extensivo de la tierra; es decir, cuando la agricultura fue inventada, la que parece haber comenzado en el año 5,000 a.C. El hombre prehistórico de esa época debió haber tomado en cuenta los factores meteorológicos y climáticos, tales como la lluvia y la temperatura, para su producción agrícola y para escoger su hábitat. En la antigüedad, sin las distracciones sociales de la época moderna (cines, teatros, televisión, electricidad, etc.), el hombre primitivo solo podía ‘divertirse’ observando su medio ambiente, el cielo, las estrellas, etc., de ahí que tenía mayores probabilidades de conocer mas y mejor los fenómenos naturales, que el hombre moderno. El hombre antiguo probablemente atribuyó poderes sobrenaturales a los cuerpos celestes; en el Antiguo Testamento, se puede ver a Jehová apareciéndose ante Moisés rodeado de una tormenta de arena y acompañado de relámpagos. Sin embargo, muchos de estos brujos y profetas, observadores y pronosticadores del estado del tiempo, eran continuamente perseguidos hasta la muerte, pues sus conocimientos de la naturaleza atentaban contra las creencias religiosas de esas épocas. El hombre primitivo fue un geógrafo y geólogo práctico y estuvo siempre perceptivo a todo lo que pasaba a su alrededor; no es, pues, ilógico suponer que estuvo muy bien informado de las características de los fenómenos naturales que lo afectaban, de modo que los podía usar para su beneficio, tales como un suelo fértil, agua corriente y limpia, un clima agradable, etc. Antes de establecerse las comunidades humanas, basadas en la agricultura, en el comercio y la industria, cada hombre era artífice de todas esas actividades simultáneamente; simultáneamente; el hombre primitivo estaba obligado a ser un ‘milusos’. Salía de su refugio ref ugio cada mañana, con la incertidumbre del tiempo que haría cada día, el tiempo meteorológico tendría gran importancia para las actividades diurnas y podría haber sido un factor determinante para la alimentación e incluso supervivencia de ese hombre prehistórico. Aunque no se tenían instrumentos de observación y registro, pudo predecir con bastante precisión los cambios a corto plazo, dentro del círculo geográfico de su dominio. Fue también un climatólogo empírico que tuvo conocimiento de las características de su región y de las diferencias cíclicas de las estaciones.

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Puede suponerse que el hombre antiguo abrigó pensamientos y temores sobre las fuerzas naturales (geofísicas y atmosféricas) que continuamente afectaban su hábitat. Pudo ver los efectos de los huracanes y de las tormentas e inundaciones sobre la tierra y el mar; el efecto de los terremotos y las erupciones volcánicas, etc.; todo esto lo asociaron las culturas a sus dioses. Las cult uras antiguas, como la de los babilonios, buscaron una explicación a l os fenómenos atmosféricos en la posición y movimiento de las estrellas y la luna. Los antiguos gustaban de considerar el proceso del descubrimiento como la inspiración de las musas o la revelación de los dioses del cielo, así nació el mito. Las fuerzas de la naturaleza fueron personificadas y deificadas; los profetas y magos, de las culturas ancianas, asociaban el tiempo atmosférico al estado anímico de sus dioses, creían, por ejemplo, en la mitología griega y romana; creían que Zeus, el dios de los cielos y el mundo, cuando se enojaba desencadenaba las tempestades y lanzaba rayos a sus enemigos o a los mortales; Eolo era el dios que controlaba los vientos y Eos  la diosa de la hermosa aurora. En la mitología escandinava, Tor  el dios del trueno y los relámpagos, y Frey el dios de la lluvia y la luz, eran quienes controlaban las tormentas, el viento y demás fenómenos atmosféricos. En la mitología egipcia Sati, la diosa del aire y del cielo, creaba los relámpagos. En la mitología inca, Chuychu  era la diosa del arco iris y Humanchuri el dios del trueno. En la mitología maya, Chac era la diosa de la lluvia y Huracán el dios del viento y el trueno. En la mitología azteca, Tláloc era el dios de la lluvia y el rayo.

La civilización griega dominó la mayor parte de la región mediterránea durante unos mil años antes del nacimiento de Cristo.  Los mitos griegos figuran entre los mas bellos y sofisticados de nuestra herencia cultural, pero son los griegos quienes introdujeron el camino opuesto de la observación científica del universo. Desde el punto de vista de los grandes pensadores griegos, el Universo era una máquina gobernada por leyes inflexibles; así pues, los filósofos griegos se entregaron desde entonces al excitante ejercicio intelectual de tratar de descubrir hasta que punto ex istían realmente leyes de la naturaleza. Fue quizás el poeta griego Hesíodo (siglo VIII a.C.) quién alrededor del año 750 a.C. publicó las primeras reglas para el pronóstico del tiempo, mientras que el gran médico Hipócrates  (460-377 a.C.) escribía sobre los efectos del clima en la salud humana. La palabra meteorología fue inicialmente empleada por los filósofos griegos Platón  (427-347 a.C.) y Plutarco  (46-120 d.C), dándosele el significado de “lo que existe entre el cielo y la tierra”. Posteriormente,  Ari st ót eles  (384-322 a.C.) formalizó esta concepción en sus libros sobre la naturaleza. Particularmente en su tratado de meteorología (escrito en el año 340 a.C.) en que estudia los fenómenos atmosféricos. Es a partir de este trabajo que se derivó el nombre de esta ciencia.

 Aproximadamente en el año 600 a.C., Tales  (624547 a.C.) fue el primero en afrontar este reto, estableciéndose en la ciudad turca de Mileto, para iniciar profundas observaciones de la naturaleza, fue el primero en predecir un eclipse de sol en el año 585 a.C. El filósofo y astrónomo  Anaxi mandro (610-547 a.C.) definió el viento como el aire en movimiento y señaló las épocas de los equinoccios y los solsticios. Hacia el año 450 a.C. el centro de la vida intelectual griega se estableció en Atenas, donde alcanzó su mayor nivel, posteriormente, en el siglo III a.C. con la conquista de Egipto, por  Alejandr o Magno (356-323 a.C.), se inició un éxodo de eruditos y profesores hacia la ciudad de  Alejandría. Los famosos griegos: Sócrates (470-399 a.C.), Platón y Aristóteles, fueron los artífices en el avance de la filosofía, la ética, la lógica y el gobierno; esto hizo que la descripción y explicación de los 12

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fenómenos naturales se basara en la lógica más que en el análisis experimental y científico. Esta nueva forma de estudiar el Universo fue denominada por los griegos Philosophia ( Filosofía), voz que significa ‘amor al conocimiento’ o simplemente ‘deseo de conocer’. Los primeros avances en el conocimiento de la naturaleza fueron en la astronomía; algunos filósofos, como  Ari st ót eles,  creían que la tierra era el centro del universo y que todos los cuerpos celestes, considerados como esferas, se movían alrededor de la tierra. Tales  afirmó que la substancia fundamental del Universo era el agua, diciendo que todo nace del agua;  Anaxímenes (560-500 a.C.) al mismo tiempo, sostenía que el aire era el elemento básico a partir del cual se formaron todas las substancias; un siglo después Heráclito  (576-480 a.C.) consideró que era el fuego el elemento más importante; Empédocles (485-430 a.C.) agregó la tierra y pensó que junto con el agua, el aire, y el fuego eran los cuatro elementos que constituían el Universo.  Ari st ót eles  se apropió de la teoría de Empédocles, imaginando el mundo formado por cuatro capas que constituían los cuatro elementos de la materia: tierra (esfera sólida), agua (océanos), aire (atmósfera) y fuego, atribuyéndoles propiedades fundamentales: húmedo, seco, frío y caliente, mas allá de estas cuatro capas se encontraba el éter; incluyó la noción de que un elemento podría convertirse en otro, como el agua líquida en vapor al hervirse. El astrónomo Heráclito del Ponto (388-315 a.C.) propuso que la tierra giraba diariamente sobre su propio eje y que los movimientos diurnos de las esferas celestes eran aparentes y no reales. El astrónomo  Ari st arco de Samos  (siglo III a.C.) adelantó la notable visión de que el universo era heliocéntrico, es decir, que el sol está en el centro y que todos los cuerpos celestes giran a su alrededor. El filósofo Teofrasto   (372-287 a.C) escribió el primer libro sobre pronóstico del estado del tiempo, llamado el “libro de los signos”, el cual consistió de 200 reglas de observación para apreciar signos en el tiempo atmosférico que sirvieran de base para predecirlo. Estas ideas geniales no prosperaron debido a que los hombres de esos días se negaban a aceptar que no ocupaban el centro del universo.

Los griegos se vieron frenados en la comprensión de la naturaleza y la energía por su gran resistencia a la experimentación y por la gran escasez de instrumentación adecuada. La idea de que la materia (sólidos, líquidos y gases) estaba compuesta de partículas invisibles e indivisibles parece haber sido propuesta por los filósofos griegos Leucipo  (siglo V a.C.) y su discípulo Demócrito  (460-370 a.C.), quienes creían que los átomos de un elemento eran diferentes a los de otros elementos; aunque otros filósofos creían que la materia era un continuo. Demócrito, quién no estaba de acuerdo con la idea de los cuatro elementos básicos de Empédocles y  Ari st ót eles, creía que los cambios físicos se producían según la descomposición y recombinación de los átomos de distintos elementos.

 Ari st ót eles  fue uno de los filósofos que rechazó la teoría atómica, lo cual impidió el avance de la física por varios siglos. Sin embargo, no todos los estudiosos griegos estaban cerrados al progreso de la ciencia. El matemático y físico griego  Arquímedes  (287-212 a.C.), hizo grandes avances en el conocimiento de la naturaleza, introdujo el concepto de densidad de una substancia; es decir, el peso por unidad de volumen de una substancia es en general diferente al peso por unidad de volumen de otra substancia. Con esta idea se pudo identificar a los distintos elementos en épocas modernas. El principio de Arquímedes dice que ‘un cuerpo sumergido o flotando en un fluido es empujado hacia arriba o sostenido por una f uerza igual al peso del f luido desalojado’. ‘Dame un punto sobre el cual pueda apoyar una palanca y moveré al mundo’, esta junto con la palabra ‘eureka’ son atribuidas al gran sabio  Arq uím edes. Mas tarde, Herón de Alejandría  (siglo III-II a.C.), ingeniero e inventor griego, usando el principio de  Arq uímedes, demostró la compresibilidad del aire, reforzando las ideas atomísticas de Demócrito. Herón es conocido por la invención de la primera máquina de vapor, la 13

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‘eolípila’, que se basa en la evaporación del agua y su fuerza impulsora. La máquina de Herón  consiste de una esfera, apoyada en su eje, de manera que pueda girar; en el interior de la esfera se tiene agua que se calienta hasta la ebullición, el vapor de agua al salir por dos tubos colocados en costados opuestos de la esfera, hace que gire a gran velocidad. Este fue quizás el primer invento que relacionó el cambio de fase del agua con la generación de energía cinética. El astrónomo y matemático griego Conón (300 a.C - ?) preparó un calendario donde señaló los ortos y ocasos de las estrellas e incluyó algunos pronósticos meteorológicos. Poco tiempo después, el astrónomo Claudio Ptolomeo (siglo II d.C.) escribió libros sobre el estudio de la geografía y el clima. El astrónomo griego  Hiparco de Nicea (190-125 a.C.), llamado el padre de la astronomía, descubrió la precesión de los equinoccios. Los antiguos griegos no estuvieron tan acertados en sus conocimientos sobre las ciencias de la tierra, como lo estuvieron en física y en astronomía. No obstante, hicieron observaciones y registraron mucha información referente a la tierra, los océanos y la atmósfera. Conocieron los efectos de la erosión debida al viento, sobre la superficie de la tierra, y de los escurrimientos del agua de lluvia en la formación de rios y cañones, etc. Los griegos, romanos e hindues usaron las veletas para señalizar la dirección de los vientos; la lluvia f ue medida y registrada por los griegos y los hindues, aproximadamente 5 siglos a.C. La predicción del estado del tiempo, particularmente para un período largo, era mas bien parte de la astrología. Pero no todo era esperar los designios y sentencias de los dioses, por ejemplo: los romanos tenían muy claro que cuando se presentaban los truenos y relámpagos hacia el este, podían esperar ser favorecidos por los dioses, mientras que cuando estos fenómenos se observaban hacia el oeste, significaba que los dioses estaban enojados en su contra; ahora, podemos explicar esto, ya que en esas latitudes normalmente los fenómenos meteorológicos se mueven del oeste al este. En realidad las ciencias atmosféricas fueron reconocidas hasta la invención de los instrumentos básicos, tales como el barómetro y el termómetro en los siglos XVII y XVIII. Durante la edad media (300-1,400 d.C.) se dió gran impulso a la alquimia, que era favorecida por los reyes y señores feudales, buscando siempre el enriquecimiento, y el desarrollo de la física aplicada, a través de las máquinas y la ingeniería de guerra, principalmente por el interés de los distintos reinos y feudos de mantener un dominio sobre los pueblos más débiles. Unicamente los árabes fueron quienes desarrollaron nuevos descubrimientos científicos. El concepto de peso específico (la relación entre el peso y el v olumen unitario) fue resultado del trabajo del físico árabe Al Hasan (965-1039), quién además analizó los fenómenos de reflección y refracción de la luz y el efecto óptico del arcoiris. Durante el período de 300 a 1,400 d.C., florecieron las religiones, particularmente la cristiana; al principio, la I glesia prohibió la lectura de la filosofía natural de  Ari st ót eles, pero en los años 1250’s, los clérigos y escolares habían aceptado las enseñanzas de Aristóteles. Pasaron varios siglos antes de que la Iglesia cesase de decir como pensar y que creer respecto a la naturaleza. El matemático y físico inglés   John Peckham (1220-1292) realizó numerosas investigaciones en meteorología y óptica atmosférica. La única voz progresiva que se pudo oir en todo este primer milenio después de Cristo, fue la de Roger Bacon (1214-1294), quién fue un pensador inglés del siglo XIII. Bacon  estaba convencido de que no era suficiente estudiar y aprender de memoria la filosofía de los antiguos griegos, sino que era necesario experimentar y razonar para descubrir la verdad de las cosas. Desgraciadamente, las ideas de   Bacon  eran muy radicales, y sus contemporáneos lo encarcelaron durante unos 15 años. Sus libros e ideas solo fueron aceptados unos 300 años después de su muerte; fueron Bruno (15481600) Galileo, Copérnico y otros, quienes usando las enseñanzas de Bacon, pudieron desarrollar el método científico y el estudio sistemático de la naturaleza. 2. El renacimiento, 1400 - 1900 d.C: Observació n y Descubri miento s Científico s

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El renacimiento no solo marcó el final de la edad media, sino que dió inicio a la etapa del libre pensamiento, sin los prejuicios religiosos o filosóficos puristas, que frenaron el avance científico durante miles de años. Esta época se caracterizó por ser de fuerte apoyo al desarrollo del comercio y la cultura; fueron los siglos de la exploración del mundo para ganar nuevas tierras y descubrir rutas comerciales hacia territorios ricos. Fue la época de las grandes conquistas de América, Asia y Africa, de grandes guerras, epidemias y devastaciones. Al comienzo del renacimiento, la Iglesia cristiana fue muy criticada y discutida, pués sus clérigos excedían sus límites permitidos, con inmoralidad, corrupción, abuso de poder, etc. También hubo rechazo a algunos de los dogmas básicos de la Iglesia, particularmente aquellos que iban en contra del individuo, lo que dió origen al protestantismo, en el norte de Europa. Todo esto dió como resultado un gran impulso a la investigación científica y de la filosofía, principalmente impulsados por el invento de la imprenta. El sabio italiano Leonardo da Vinci   (14521519) fue además de un gran visionario, un artista, ingeniero, arquitecto y científico; sus planos para máquinas voladoras, submarinos y tanques militares se adelantaron en tres o cuatro siglos a su época.

Esta etapa, que también se conoce como la revolución científica, empezó con la publicación de los trabajos del astrónomo polaco Nicolas Copérnico (1473-1543) sobre su teoría heliocéntrica, quién afirmó que el sol, y no la tierra, debía de ser considerado como el centro del Universo (no se debe olvidar, sin embargo, que fue  Ari st arco de Samos, 2,000 años antes, quién había dicho que el sol era el centro del Universo). No es sino hasta el siglo XVI, con los grandes avances científicos de Galileo Galilei  (15641642) y con la publicación de los trabajos de Newton, sobre las leyes del movimiento de los cuerpos en la primera mitad del siglo XVIII, en que la sociedad empieza a aceptar que existen leyes científicas que pueden explicar los fenómenos naturales. El nuevo método científico enseña fundamentalmente a basarse en la experimentación, la observación directa y el análisis matemático de los fenómenos. Aunque Herón y  Arq uím edes  ya habían usado la experimentación y el análisis matemático para lograr sus descubrimientos, no fue sino hasta el siglo XVIII, cuando se tuvo la libertad de emplear este método científico por la gran mayoría de los investigadores. La filosofía popular, durante la primera mitad del siglo XVIII, fue la de el filósofo inglés John Locke (1632-1704), quién sostuvo que el individuo era producto de su medio ambiente y que el progreso del hombre solamente se alcanzaría por mejoras de su medio ambiente.

Durante esta época se hicieron los principales descubrimientos de lo que se conoce como la mecánica clásica. El físico y matemático Isaac Newton (1642-1727) explicó el movimiento de todos los cuerpos (sólidos, líquidos y gaseosos), fundamentado en los descubrimientos de Galileo  y otros. Mediante sus tres leyes de movimiento y la ley de gravitación universal, ya no era necesario imaginar la existencia de fuerzas sobrenaturales, para explicar el movimiento de los cuerpos.

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Hasta los tiempos modernos se consideraba el aire como una substancia simple y homogénea. A principios del siglo XVII, el químico flamenco Jan Baptista Van Helmont  empezó a sospechar que existía cierto número de gases químicamente diferenciados. Van Helmont fue el primero en emplear el término gas . La concepción de Demócrito, sobre la naturaleza atómica de la materia no había recibido gran atención o apoyo, hasta que el químico y físico irlandés Robert Boyle  (1627-1691) investigó la compresibilidad del aire y comprobó que cuando la presión sobre un gas aumenta, su volumen disminuye proporcionalmente. La ley de Boyle, propuesta en 1662, puede enunciarse así: ‘el volumen ocupado por una masa de gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión que se ejerce sobre ella’. Una explicación clara de esta propiedad elástica del aire (y de la mayoría de los gases) es suponer que el aire esta constituido por partículas materiales que están ampliamente separadas en un espacio ocupado por la masa gaseosa; cuanto mayor es la presión menor será el volumen, por lo que las partículas se aproximan más y más entre si. Este histórico descubrimiento fue el primer paso de una serie de descubrimientos sobre la materia que condujeron eventualmente al desarrollo de la meteorología como ciencia. La victoria de la ciencia moderna no fue completa hasta que se estableció un principio más esencial, o sea, el intercambio de información libre entre todos los científicos. Hoy en dia no se considera ningún descubrimiento científico como tal si se mantiene en secreto. Robert Boyle, un siglo después de Niccolo de Tartaglia  (1500-1557) y Jerónimo Cardano  (1501-1576), subrayó la importancia de publicar con el máximo detalle todas las observaciones científicas. Hoy, la ciencia no es el producto de los individuos aislados, sino de la comunidad científica en su conjunto.

En 1640 Galileo  inventó un termómetro tosco que evolucionó en el más preciso producido por el físico alemán Gabriel D. Fahrenheit  (16861736) 75 años más tarde. Al mismo tiempo que Galileo   construía el primer termómetro, el físico italiano Evangelista Torricelli  (1608-1647) y el matemático italiano  Vincenzo Viviani  (1622-1703), ambos discípulos de Galileo, en 1644, inventaban el barómetro de mercurio, con el cual se podía medir la presión ejercida por la atmósfera. Torricelli descubrió que la presión variaba de un dia para otro. A los pocos años, el físico y matemático francés Blaise Pascal  (1623-1662), en 1648 subió una montaña de 1,600 m con un barómetro y descubrió que la presión atmosférica disminuía con la altura, el cual fue un descubrimiento muy importante para el desarrollo de la meteorología. El principi o de Pascal dice: la presión ejercida sobre una parte de la superficie de un fluido se transmite con igual intensidad a toda la masa y en todas direcciones. Debido a la invención de distintos aparatos de medición y a la fiebre de exploración y aventura de esa época, los conocimientos sobre la atmósfera y el clima mundial se ampliaron enormemente. Con estos inventos y descubrimientos se pudieron mejorar los estudios meteorológicos; en 1654, Fernando II de Toscana propuso la creación de la Meteorología Internacional, que desgraciadamente tuvo una duración muy corta.

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En 1660 el científico inglés Robert Boyle  y su joven ayudante Robert Hooke  (1635-1703) construyeron una bomba de aire mucho, mas eficaz que la inventada por el ingeniero alemán Otto von Guericke (1602-1686), con la que efectuaron una serie de experimentos sobre el aire y la combustión. Con este aparato de vacio, Boyle pudo demostrar la hipótesis de Galileo al dejar caer un peso y una pluma dentro del aparato, demostrando que en efecto todos los cuerpos caen con la misma velocidad en el vacio; también demostró que el sonido no se propaga en el vacio y que no se puede presentar combustion sin aire. Hacia 1660, el físico y matemático inglés Robert Hooke  señaló que la altura del barómetro de mercurio disminuía antes de una tormenta, con ello se abrió el camino a la predicción del estado del tiempo o meteorología.

El físico francés Edmé Mariotte  (1620-1684) fundó la física experimental, hizo estudios profundos sobre la naturaleza del aire y el movimiento de las aguas . El físico francés Dionisio Papin  (1647-1714) inventó una marmita de vapor comprimido y un barco a vapor con rueda de paletas.

El astrónomo inglés Edmundo Halley  (16561742) propuso explicaciones para los vientos alisios y otros movimientos de la atmósfera, basados en la distribución de la temperatura y la rotación terrestre. En 1752 el científico y estadista Benjamín Franklin  (17061790) descubrió que los rayos y truenos eran provocados por las cargas eléctricas de las tormentas, en una forma similar como son las descargas producidas por las máquinas electrostáticas, y que podía existir un tipo de vientos giratorios alrededor de un centro de baja presión.

En 1670 el italiano Francesco de Lana proyectó una ‘máquina voladora’, sustentada por cuatro grandes esferas de cobre. Este proyecto inspiró el primer aerostato desarrollado en 1709 por el jesuita brasileño Lourenco de Gusmáo   (1685-1724), aproximadamente 74 años antes que los hermanos franceses Montgolf ier, Jose Miguel (1740-1810) y Santiago (1745-1799), inventores del globo aerostático en 1783. El físico francés Guillaume Amontons  (1663-1705) se dedicó a trabajar en el diseño de barómetros y termómetros. El termómetro de agua lo inventó Galileo en 1593; en 1710 el físico francés René Reaumur   (1683-1757) desarrolló un nuevo termómetro basado en una combinación de alcohol y agua. El físico germano-holandés  Gabriel Daniel Fahrenheit   fabricó varios instrumentos meteorológicos e hizo un gran aporte a la meteorología en 1714 al sustituir el alcohol por mercurio en los termómetros; también construyó el primer termómetro de mercurio de alta precisión. El físico sueco  Anders Celsius (1701-1744) inventó la escala termométrica centesimal que lleva su nombre. Durante el período de 1750 a 1900 se hicieron numerosos descubrimientos atmosféricos, derivados del auge que cobró la meteorología y de la creación de redes de observación; como por ejemplo, la que promovió la Sociedad Meteorológica Palatina, entre 1780 y 1792, que constó de 33 estaciones, principalmente en las distintas ciudades europeas. El físico francés   Jacques Charles  (1746-1823) estudió la variación de la presión de los gases a volumen constante; descubrió el hidrómetro termométrico.

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El ingeniero y físico escocés William John Rankine  (1820-1872) creó la escala Rankine para medir la temperatura y es considerado, con otros científicos, uno de los fundadores de la termodinámica. Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) inventó un barómetro de sifón. John Leslie (1766-1832), físico y matemático escocés, descubrió el termómetro diferencial, un nuevo tipo de higrómetro. La investigación de la física atmosférica condujo a la invención de la máquina de vapor, l a que permitió usar un método distinto de los naturales, como el viento, las corrientes marinas o simplemente el remo, para transportarse. Con ello se inició la revolución industrial y la aceleración del conocimiento científico y el desarrollo tecnológico. Newcomen, en 1720, fue el primero en descubrir un dispositivo práctico utilizando el vapor de agua y la presión atmosférica.

50 años mas tarde, el ingeniero escocés James Watt  (1736-1819) usó estos principios para inventar y perfeccionar su máquina de vapor en 1782, dándole un verdadero auge a la revolución industrial. Al comenzar la revolución industrial en 1750, se inició un período conocido como el romanticismo, en el que surgieron distintas formas de gobierno, como el capitalismo, el socialismo y el comunismo.  A principios del siglo XIX, las máquinas de vapor eran empleadas como fuerza motriz de centenares de industrias europeas y las manufacturas no dependieron mas de la fuerza del aire, del agua ni de la fuerza humana y animal!. se inició la ingeniería para la construcción de caminos, canales, puertos y ciudades modernas. Se inventaron el telégrafo, el teléfono, y la radio.

Por los años de 1750, el químico inglés Joseph Black (1728-1799) descubrió que la atmósfera era una mezcla de gases, más bien que un simple gas, al advertir que una vela encendida dentro de un recipiente con aire, producía CO2, pero se extinguía inmediatamente después. El químico francés  Anto in e Laurent Lavoisier   (1743-1794), llamado el padre de la química moderna, estableció la ley de la conservación de la materia: la materia no se crea ni se destruye; en la década de 1770, fue el primero en comprobar que el aire era una mezcla de gases, descubrió la composición del aire y el papel del oxígeno en la respiración humana.

Posteriormente en 1772 Daniel Rutherford  (1749-1819) extendió los experimentos con este gas sin combustible, que resultó ser el nitrógeno, y que constituye aproximadamente el 80 % de la atmósfera terrestre. El nombre de nitrógeno le fue dado por el químico francés Jean Antoin e Chaptal (1756-1832). Posteriormente el químico inglés Joseph Priestley (1733-1804) descubrió que el oxígeno era combustible, pues al hacer experimentos calentando algo de óxido de mercurio, obteniendo oxígeno, observó que este gas hacía que las cosas ardieran con mucho más brillo y más fácilmente que con ningún otro gas. Simultáneamente, el químico sueco Carl Scheele  (1742-1786) participó en el descubrimiento de distintos elementos y gases como el oxígeno, el cloro, el nitrógeno, el bario, el manganeso, y el tungsteno. Priestley  descubrió además que los animales (ratones) podían vivir más tiempo en un medio de oxígeno que en cualquier otro gas; de esta manera llegó a combinar otros gases para tener un aire con características muy parecidas al aire atmosférico. Sin embargo, fue el científico inglés Henry Cavendish  (1731-1810), el primero en determinar con precisión la composición del aire seco. 18

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El químico suizo Christian Schoenbein  (1799-1868) descubrió el ozono. La verdadera naturaleza del calor fue ignorada por los científicos durante miles de años y solo hasta la época del físico y químico inglés Joseph Black se intentó algo constructivo para hacer averiguaciones acerca de la naturaleza de esta forma tan común de energía. Durante muchos años se consideró el calor como de naturaleza material, o una forma de materia que podía pasar de los cuerpos calientes a los más frios; el término calórico fue usado para designar un fluido peculiar que no era ni pesado ni visible.

Black  fue el primero en distinguir la diferencia entre intensidad de calor (el valor que se mide con el termómetro) y cantidad de calor (la cantidad de energía calorífica contenida en los cuerpos). También observó que una cantidad definida de calor desaparece cuando se producen ciertos cambios de estado de la materia (de hielo a agua líquida, por ejemplo) y reaparece cuando se produce el cambio de estado opuesto, utilizando el término de calor latente, para definir este tipo de calor. James Watt aplicó este concepto en su máquina de vapor, aprovechando la ventaja de las grandes cantidades de energía del calor latente absorbidas por el agua cuando se vaporiza.

Conde de Rumford

Benjamín Thompson, conde de Rumford (1753-1814), haciendo investigaciones sobre el calor y la luz, descubrió que la materia contiene una cantidad inagotable de calor; es decir, la materia tiene tanto calor como materia tiene el cuerpo. Esto lo descubrió Thompson al observar el calor producido al taladrar un cañón, sumergido en agua, el que continuamente producía calor.

Cuando quedó establecida la idea de que la energía calorífica podía resultar de un movimiento mecánico (fricción), el físico inglés James Joule  (1818-1889) pudo determinar el equivalente mecánico del calor, calculando su valor al medir la cantidad de trabajo que era preciso realizar por un dispositivo mecánico para producir determinada cantidad de energía calorífica; encontrando que 4.186 julios de trabajo mecánico producen 1 caloría de calor. Poco después el químico f rancés Sadi Carnot  (1796-1832), en su obra “Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego” publicada en 1824, propuso el ciclo termodinámico ideal y reversible que lleva su nombre. Estos resultados condujeron a la idea de que la energía puede convertirse de una forma a otra sin perderse o crearse. Esta es la primera ley de la termodinámica o principio de conservación de la energía, que puede atribuirse a los trabajos de Joule, del físico y fisiólogo alemán Hermann Ludwig Helmholtz (1821-1894) y al físico y médico alemán Julius Robert Mayer   (1814-1878) quién en 1842 escubrió el principio mecánico de la energía y calculó teóricamente el equivalente mecánico del calor, casi simultáneamente con Joule. Finalmente, en 1851, el físico y matemático Lord Kelvin  (1824-1907), postuló las leyes de la termodinámica, haciendo referencia a los trabajos de Carnot y Joule. En los años 1860, el físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) y el físico austriaco Ludwig Boltzmann(1844-1906) dejaron finalmente en el olvido el término calórico; demostrando ambos, independientemente, que la temperatura de un gas estaba directamente relacionada con la energía cinética de sus moléculas.

Kelvin

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Laplace

Después de calcular los efectos del sol y la luna sobre las mareas oceánicas, durante 1773, el astrónomo y matemático francés Pierre-Simón Laplace  (1749-1827) intuyó que también en el fluido atmosférico se deberían presentar mareas. Laplace encontró, después de obtener y analizar registros de la presión atmosférica superficial durante 8 años, que la presión tenía un período de 12 Boltzmann horas, posiblemente asociado a una influencia solar. A diferencia de las mareas oceánicas, principalmente influenciadas por la atracción gravitacional de la luna, las mareas atmosféricas parecen ser afectadas por el efecto térmico de la radiación solar.

El matemático suizo Daniel Bernoulli  (1700-1782) estudió la dinámica de los fluidos. El físico suizo Horacio de Saussure  (1746-1799) ideó el higrómetro como se conoce actualmente. El astrónomo Joseph Leverrier  (18111877) se dedicó gran parte de su vida a las investigaciones en meteorología.

John Dalton (1766-1844), químico y físico inglés, Bernoulli muy interesado en la meteorología, estudió las propiedades químicas del aire; en 1800 dió a conocer la ley de las presiones parciales  que dice: en una mezcla de gases, uno cualquiera de ellos ejerce la misma presión parcial que la que ejercería solo ocupando el volumen total de la mezcla. Dalton era conocedor de la teoría atómica de Demócrito y se apropió de la palabra átomo  para designar las partículas extremadamente pequeñas. El físico y químico inglés   John Frederic Daniell (1790-1845) estudió ampliamente el clima artificial.

Dalton

Poco después de que la teoría atómica de Dalton  fue publicada, el físico y químico francés Joseph L ouis Gay-Lussac dió un paso importante en el conocimiento sobre la combinación de distintos átomos para formar moléculas, al descubrir la ley sobre la dilatación térmica de los gases. Gay-Lussac descubrió que cuando los gases se combinan para formar nuevos productos, los volúmenes de los gases que reaccionan y el volumen del nuevo producto pueden ser expresados por pequeños números enteros. Por ejemplo, dos volúmenes de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para formar dos volúmenes de vapor de agua. Después, en 1811, el físico italiano  Amad eo Avog adro  (1776-1856), que había estado estudiando el comportamiento de los gases, llegó a l a conclusión que estos no estaban constituidos por átomos separados, como lo habían creido Dalton y Gay-Lussac, sino que todos los gases están formados por moléculas de dos o más átomos y que el espacio que ocupa cierta cantidad de ellos depende de la temperatura y presión que soportan, por lo que propuso la hipótesis que establece que ‘volúmenes iguales de cualquier gas, Avogadro bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas (moléculas)’, esta hipótesis se conoce como la Ley de Avogadro.

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El físico alemán  Rudolph Clausius  (1822-1888) es uno de los fundadores de la termodinámica y se le deben los principios de la teoría cinética de los gases. En 1746 el matemático francés Jean d’Alembert  (1717-1783) publicó sus estudios sobre las causas de los vientos. El primer intento de conseguir penetrar en la más alta atmósfera libre desde la superficie de la tierra fue emprendido en 1804. En ese año los científicos franceses Jean Baptist e Biot (1774-1862) y Joseph Gay-Lussac ascendieron en un globo hasta una altura por encima de 3,000 m, bajaron con muestras de aire rarificado; la falta de oxígeno limitó fuertemente un ascenso mayor Clausius de humanos. Hicieron medidas y observaciones de la atmósfera y anotaron los efectos de la altitud sobre los animales que les acompañaban (solo siglo y medio más tarde, los satélites artificiales terrestres fotografiaban la atmósfera completa desde más allá de la tierra y transmitían la información a la superficie). En ese tiempo, Dalton  encontró que el aire se calentaba cuando se le comprimia y se enfriaba cuando se le permitía expandirse; es decir, había descubierto los procesos adiabáticos en la atmósfera. Hutton, un geólogo escocés, descubrió que podía producir nubes a escala del laboratorio y llovizna por el enfriamiento de una cantidad de aire saturada. Hasta finales del siglo XVIII, parecía que lo más cerca que el hombre conseguiría estar nunca en la atmósfera superior era la cumbre de las montañas; con esta idea, en 1749 el astrónomo escocés  Alexand er Wil so n acopló termómetros a cometas, con la confianza de poder medir las temperaturas atmosféricas a cierta altura. En 1782 los hermanos Montgolfier   consiguieron elevar un aerostato, llenándolo con aire caliente. Un año después de esto, el americano John Jeffries realizó un viaje sobre Londres, provisto de un barómetro y otros instrumentos, así como de un dispositivo para recoger muestras de aire. Examinando gráficas de modelos de circulación atmosférica, el meteorólogo norteamericano James Espy (1785-1860) usó los modelos de Franklin de vientos en tormentas para determinar que un centro de presión baja tenía una corriente de aire de flujo en espiral hacia el interior y era arrastrada por la circulación atmosférica general. Espy fue uno de los primeros científicos en proponer que el proceso de convección produciría nubes, en 1850 descubrió que la liberación de calor latente en la condensación del vapor de agua jugaba un rol muy importante en el crecimiento de las nubes convectivas, también reconoció que algunas nubes dejan de crecer por la ausencia del movimiento ascendente al encontrar capas estables en niveles superiores. En 1735 el meteorólogo inglés George Hadley  (1685-1768) propuso la existencia de una circulación convectiva entre los polos y el ecuador, para explicar el origen de los vientos alisios. Un siglo después, en 1835, el meteorólogo norteamericano Willi am Ferrel (18171891) y el matemático e ingeniero francés  Gustave-Gaspard de Coriolis   (1792-1843) dedujeron la causa por la que los vientos eran desviados (aparentemente) hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, el llamado efecto (o fuerza) de Coriolis. En 1851 el físico francés Jean-Bernard Foucalt  colocó un enorme péndulo, que se balanceaba colgado de la bóveda de una iglesia de París, pudiendo demostrar que la tierra giraba en relación al movimiento del péndulo, que se mantenía constante respecto a las estrellas fijas. Poco después en 1857 el meteorólogo holandés Christopher Buys-Ballot  (1817-1890) notó que, en el hemisferio norte, un observador mirando hacia donde fluye el viento, tendría la presión alta a su derecha; mientras que en el hemisferio sur, el observador tendría la presión alta a su izquierda. Este efecto se conoce como la Ley de Buys Ballot. El físico y meteorólogo francés Henri Bénard (1874-1939) estudió las circulaciones convectivas del aire. El físico inglés Adán Walker  (1731-1821), inventor de un anemómetro y del primer pluviógrafo. En 1892 se diseñaron y lanzaron globos no tripulados, provistos de instrumentos. El meteorólogo francés León-Philippe Teisserenc de Bort  (1855-1913) se dedicó a estudiar la atmósfera con globos equipados con instrumentos, realizando las primeras observaciones sistemáticas de la atmósfera superior; sugirió que la atmósfera podía estar formada por solo dos capas: la troposfera, desde la superficie hasta unos 12 km de altura, con todos los gases conocidos y conteniendo los fenómenos meteorológicos como tormentas, lluvia, vientos, etc. y una segunda capa, la estratosfera, sin fenómenos meteorológicos y compuesta de solo helio e hidrógeno.

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De la misma forma en que los trabajos sobre meteorología de Espy habían sido anticipados por Franklin, así había ocurrido en cierta medida, con los descubrimientos del oceanólogo norteamericano Matthew Fontaine Maury,  pués Franklin  ya había estudiado la corriente del Golfo. Maury  logró el apoyo de muchos capitanes de buques para colectar datos sobre las corrientes y la atmósfera de los océanos; su trabajo le condujo a la creación del Observatorio Naval de los Estados Unidos. El químico inglés Sir William Ramsay (1852-1916) junto con el físico y químico Lord Rayleigh  (1842-1914) descubrieron en 1894 el Argón y al año siguiente el Helio. Poco después, Ramsay con Travers descubrieron los demás gases raros de la atmósfera. Por su parte, Rayleigh  explicó el color azul del cielo y los procesos de convección que se forman en las nubes altocumulus, también derivó una ecuación lineal para los movimientos del flujo calentado en su parte inferior.

Rayleigh

Hacia el final del siglo pasado había surgido la idea de acumular datos del tiempo atmosférico y climatológico de muchos lugares de la tierra para fines de eventual si no inmediata predicción del tiempo meteorológico futuro. Leverrier   inició la idea de transmitir datos meteorológicos telegráficamente como base para la predicción de las tormentas de las que se sabía seguían una trayectoria con sentido de oeste al este en las latitudes medias. En la última parte del siglo XIX este plan fue activado por subdivisiones políticas en varios paises y pronto empezaron a funcionar oficinas meteorológicas. En 1873, se formó el primer comité internacional, que poco tiempo después evolucionó para convertirse en la Organización Mundial Meteorológica de las Naciones Unidas. A partir de esa fecha, numerosos paises crearon sus respectivos servicios meteorológicos. En el caso particular de México, durante 1877 se creó el Observatorio Meteorológico y  Astronómico Nacional, poco después en 1901 se forma el Servicio Meteorológico Nacional, bajo la dirección del Ing. Mariano Barcena, quién coordinaba las investigaciones sobre el clima y el tiempo atmosférico.

El climatólogo y biólogo ruso-alemán Wladimir Köppen (1846-1940) dedicó su vida al estudio del clima y su relación con la v egetación; es autor de varios trabajos sobre climatología. Su primera gran clasificación climática en 1900 se basó en las zonas de vegetación. Sus estudios climáticos son fundamentalmente empíricos y basados en los valores medios de la precipitación y la temperatura, para cada región del mundo. La importancia de la radiación solar como fuente del calentamiento y energía para los fenómenos atmosféricos fue reconocida desde 1686 con los trabajos de Halley. Hacia 1800, el astrónomo inglés William Herschell (1738-1822) realizó un experimento tan sencillo como interesante; en un haz de luz solar que pasaba a través de un prisma, mantuvo un termómetro junto al extremo rojo del espectro, observando que la columna de mercurio ascendía. Evidentemente, existía una forma de radiación invisible a longitudes de onda que se hallaba por debajo del espectro  visible, descubierto por Newton en 1666. La radiación descubierta por Herschel recibió el nombre de radiación infrarroja, por debajo del rojo. Aproximadamente por la mi sma época, el físico alemán Johann Wilhelm Ritter  exploró el otro extremo del espectro, descubrió la radiación ultravioleta, más allá del violeta.

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Wien

La naturaleza física de la radiación solar fue entendida a partir de los trabajos de el físico alemán Gustav Kirchhoff   (1824-1887) en 1860; del físico inglés James Maxwell,  quién en 1864 elaboró una teoría que predecía la existencia de toda una familia de radiaciones asociadas a los fenómenos eléctricos y magnéticos: la radiación electromagnética; el físico austriaco Joseph Stefan  (1835-1893), quién hizo estudios de la radiación electromagnética, descubriendo la ley de Stefan  en 1879; de Boltzmann en 1884; de Wilhelm Wien (1864-1928) físico alemán, quién investigó la radiación del cuerpo negro y estableció la ley sobre la repartición de las radiaciones emitidas en función de la temperatura en 1895 y del físico alemán Max Planck (1858-1947), quién desarrollo la teoría cuántica a principios del siglo XX.

En relación al desarrollo de la dinámica atmosférica, todos los avances científicos fueron logrados gracias al trabajo y esfuerzo de muchos investigadores, entre los que destacan: el astrónomo polaco Nicolás Copérnico  (1473-1523), el astrónomo danés Tycho Brahe (1546-1601), el astrónomo alemán Johann Kepler   (1571-1630), el físico italiano Galileo Galilei  (1564-1642), y el físico y matemático inglés Isaac Newton  (1642-1727), quién propuso las tres leyes de movimiento de los cuerpos; todos ellos precedidos por los sabios griegos  Arq uím edes (287-212 a.C), Euclides  (330-275 a.C.) y Pitágoras (582-497 a.C.). Aunque las leyes de Newton dan una explicación de la relación entre la masa, la fuerza y la aceleración de los cuerpos, estas no aclaran mucho sobre la naturaleza, ni las causas, de las fuerzas que actúan sobre la atmósfera. Las leyes de Newton (del movimiento), de Boyle y Charles  (de los gases) y de Joule  (de la conservación de la energía), forman los principios fundamentales, para poder dar una explicación de los fenómenos termodinámicos y dinámicos en la atmósfera. Con estos principios se sentaron las bases para el desarrollo de la hidrodinámica y aerodinámica clásicas, iniciadas a mediados del siglo XIX, casi simultáneamente con el desarrollo de los principios de la termodinámica. Algunas de los mas importantes contribuciones se debieron a los trabajos del matemático suizo Daniel Bernoulli  (1700-1782); del matemático suizo Leonardo Euler  (1707-1782); del matemático francés José Luis L agrange (1736-1813) y del astrónomo francés PierreSimón L aplace (1749-1827), quienes comenzaron a examinar las consecuencias de las leyes de Newton en el movimiento de fluidos ideales (sin fricción); poco después se hicieron notorias grandes diferencias con los fluidos reales y el efecto de la fricción, por el ingeniero inglés Osborne Reynolds  (1842-1912), el meteorólogo inglés William Napier Shaw  (1854-1945) y el físico irlandés George Stokes  (18191903). Posteriormente se estudiaron las propiedades turbulentas, de inestabilidad y térmicas convectivas de los fluidos, por el físico y filósofo austriaco Ernest Mach (1838-1916), el físico inglés John William Strutt Lord Rayleigh  (1842-1919), los físicos alemanes V.Ekman  (1874-1954) y Ludwig Prandtl  (1875-1953); por los Ekman ingleses O.Sutton y Geoffrey I. Taylor   (1886-1975), el físico húngaro-americano Theodore Von Karman  (1881-1963) y los rusos  A.N. Ko lm ogo rov (1903-1967) y Aleksandr Obukhov (1918-), quién realizó valiosas investigaciones sobre la teoría de la turbulencia y su aplicación a la meteorología. 3. El Desarroll o Moderno y Tecnológ ico de la Meteorolo gía. En la actualidad, en el siglo XX, aún hay una gran cantidad de fenómenos naturales que no se han explicado e incluso que son prácticamente impredecibles. Cuantas veces se oye decir que los meteorólogos de la radio o televisión pronostican que habrá lluvia, y sin embargo, se tenga un cielo completamente despejado de nubes!. Es muy fácil decir que los meteorólogos son más bien ‘mentirólogos’, pués parece que la mayoría de las veces no le ‘atinan’ al tiempo. En realidad, lo que pasa es que nunca se repiten las mismas condiciones atmosféricas, de tal manera que el pronóstico meteorológico solo se puede hacer estimando una cierta probabilidad de que suceda tal evento, pero muy difícilmente con una probabilidad del 100 %.

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La variación de la composición y estructura de la atmósfera en la altura fue inicialmente detectada en el siglo XVII, al notarse las v ariaciones en las montañas; sin embargo, fue a partir del inicio del siglo XX, con el uso de distintos instrumentos, cuando se empezaron a medir los distintos parámetros atmosféricos. En 1900 el meteorólogo francés Léon-Philippe Teisserenc de Bort  (1855-1913) observó por primera vez la atmósfera por medio de globos, descubrió una fuerte inversión de la temperatura, a partir de la cual se inicia la estratosfera, donde la temperatura disminuía con la altitud hasta unos 15 kilómetros, para después continuar aumentando. A partir de este descubrimiento, se continuo la observación de las otras capas atmosféricas, tanto por medio de globos, como cohetes, particularmente para el estudio de la mesosfera y termosfera. Unos años mas tarde, Kennelly y Heavyside  descubrieron la ionosfera (la región de la estratosfera que contiene una alta concentración de iones). La presencia de capas ionizadas en la atmósfera superior fue muy estudiada por el físico inglés Edward  Appl eton  (1892-1965) quién descubrió las capas E y F en la ionosfera. El origen de la ionización fue descubierto por Hess, quién encontró que la atmósfera estaba continuamente bombardeada por partículas y radiación de alta energía provenientes del espacio exterior y del sol. En 1958 los satélites norteamericanos y soviéticos registraron unos anillos de radiación, en forma de dona, que rodean la Appleton Tierra a una distancia entre 700 y 48,000 km de la superficie terrestre; fue el físico norteamericano James Van Allen quién descubrió los cinturones de radiación de alta energía que circundan la tierra. La existencia de l a ozonosfera fue inicialmente propuesta por por el físico inglés Hartley en 1880 y posteriormente descubierta a principios del siglo XX; fue el físico inglés Sidney Chapman en 1930 quién estudió los procesos fotoquímicos para explicar la generación del ozono.

El físico sueco Svante  Arr heniu s (1859-1927) sugirió que los cambios pequeñisimos en el contenido de CO 2  de la atmósfera podían originar los cambios climatológicos, que varían desde un amplio mundo tropical hasta las extensas edades glaciares. Una teoría mas reciente expuesta por el oceanógrafo norteamericano William Ewing supone que cuando el clima llegó a ser bastante caliente para fundir el hielo en el ártico, el vapor de agua entró en la atmósfera y proporcionó nieve para formar los glaciares en las regiones continentales.

 Ar rheni us

Los físicos suizos  Augu st e y Jean-Fel ix Piccard  (1884-1962) fueron de los primeros que ascendieron a la estratosfera en un globo, alcanzando una altitud aproximada de 17 km, en 1931, y de las profundidades submarinas con su batiscafo. En 1938, un globo, ll amado Explorer II, llegó hasta los 20 km, y en 1960, los globos tripulados habían alcanzado ya alturas de mas de 34 km, mientras que los no tripulados ascendieron hasta cerca de los 47 km. Con todas estas nuevas formas de exploración, se pudo descubrir y explicar la estructura vertical de l as distintas variables atmosféricas. Piccardus

Hacia los comienzos del siglo XX, dos investigadores usaron los cohetes (que habían sido inventados por los chinos en el siglo XIII) para estudiar la atmósfera superior y el espacio exterior (con anterioridad, el escritor francés Julio Verne había imaginado un cañón con un dispositivo de lanzamiento para su viaje de la tierra a la luna): el físico ruso Konstantin Tsilkovski  (1857-1935) y el físico norteamericano Robert Goddard   (18821945). Goddard , en los años 1934 y 1935, logró construir un cohete con autopropulsión a base de oxígeno líquido, con una velocidad máxima de cerca de 884 km/hr. El 4 de octubre de 1957, las teorías de Tsilkovsky 24

Tsilkovsky

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fueron hechas realidad por la Unión Soviética al poner en órbita el primer satélite: El Sputnik I, iniciándose la era espacial. Poco después el científico alemán   Wernher Von Braun   (1912- ), el 31 de enero de 1958, puso en órbita el primer satélite artificial de Estados Unidos: El Explorer I. Desde entonces, ambos paises han lanzado cientos de satélites de todo tipo: para comunicación, de televisión, científicos, etc. En particular, el primer satélite meteorológico, El Tiros I fue lanzado el 1 de abril de 1960, por los Estados Unidos, con el que se obtuvieron miles de fotografías de la nubosidad terrestre y se pudieron hacer las primeras investigaciones de los fenómenos meteorológicos de distintas regiones del mundo donde aún no se tenía información; por ejemplo, se pudieron hacer observaciones de la zona de generación de huracanes, la evolución de los mismos, etc. Hacia fines de la década de los 1960’s, los servicios meteorológicos de Braun los distintos paises usaban con regularidad las imágenes de satélite para hacer sus predicciones.

Por si solos, los cohetes no hubiesen sido de tanta trascendencia en la investigación de la atmósfera, de no ser por otro invento paralelo, que fue la t elemetría, que fue aplicada por primera vez en 1925 a la investigación atmosférica en un globo, por el científico ruso Piotr A. Moljanov. Básicamente, esta técnica de ‘medir a distancia’ permitió que los investigadores tuvieran acceso a la información de zonas remotas en la atmósfera, los océanos y el espacio exterior, hasta la época vedadas. Con estas nuevas formas e instrumentos de observar la atmósfera superior, el geofísico inglés Sidney Chapman investigó por primera vez las características de la ‘mesosfera’ en 1950.

Robert Billwiller   (1849-1905), meteorólogo suizo, introdujo el sistema de avizos telegráficos rutinarios sobre el estado del tiempo y sobre pronósticos del tiempo en Europa. Durante la Segunda Guerra Mundial, tanto los japoneses como los estadounidenses, descubrieron la existencia de la ‘corriente de chorro, localizada en las latitudes medias a una altura promedio de 8-12 km, donde se observan vientos con intensidades de 800 km/hr, que soplan de oeste al este,

La Oscilación del Sur fue descubierta por Sir Gilbert Walker , en la década de 1920. Walker  fue uno de los primeros meteorólogos en aplicar las técnicas estadísticas para analizar y predecir los fenómenos meteorológicos. Más tarde se descubrió la circulación tridimensional este-oeste, relacionada con la Oscilación del Sur, siendo llamada “Circulación Walker”.

 A principios de 1940, los norteamericanos Vincent Joseph Schaefer (1906- ) e Irving Langmuir   (1881-1957), fueron de los primeros científicos que trabajaron la modificación del estado del tiempo; en 1946 un avión arrojó anhídrido carbónico (hielo seco) sobre un banco de nubes. Se creé que estos experimentos dieron lugar a la primera precipitación atmosférica artificial de la historia. Bernard Vonnegut   (1914-?) físico norteamericano, analizó las propiedades del hielo y sus aplicaciones; comprobó que los cristales de yoduro de plata sirven como partículas higroscópicas que pueden producir lluvia artificial.

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 Alfred Wegener   (1880-1930) geofísico y meteorólogo alemán, escribió varios libros sobre la atmósfera, el clima y el origen de los continentes y los océanos. En 1906, Wegener   usó por primera vez papalotes y globos para estudiar la atmósfera polar. Publicó en 1915 uno de los libros más controversiales e influyentes de la ciencia moderna: El origen de continentes y océanos, en donde plantea su famosa teoría sobre la deriva continental. Wegener

 A finales del siglo XIX y principios del XX, la comunidad científica le dió una gran atención al estudio de los fenómenos atmosféricos, particularmente al pronóstico del estado del tiempo, gracias a la invención de distintos instrumentos y aparatos de observación y medición y por la organización de redes locales de observación. Algunos de los conceptos de mayor impacto fueron por ejemplo aquellos por el grupo de científicos noruegos como el físico Vilhelm Bj erknes  (1862-1951), el físico Jacob Bjerknes  (1897-1975) y Tor Bergeron   (1891-1959), con sus modelos de circulación atmosférica, al demostrar los efectos dinámicos de las variaciones de densidad, tan importantes en el movimiento de la atmósfera y los océanos; también observaron que, a través del movimiento de las nubes, las distintas perturbaciones atmosféricas se pueden desarrollar y evolucionar a grandes vórtices (tales como las tormentas extratropicales) o perturbaciones en los vientos del oeste e n la alta tropósfera, con la que posteriormente pudieron desarrollar su teoría de los frentes meteorológicos, basada en el movimiento de las masas de aire. Cuando se aplicaron estos conocimientos a la meteorología operacional, se mejoraron considerablemente los pronósticos del estado del tiempo.

Poco después el meteorólogo sueco Carl Gustav Rossby (1898-1957) y otros ampliaron estos conceptos para desarrollar la teoría de las ondas planetarias y las corrientes de chorro en la alta tropósfera, las cuales fueron observadas durante la II guerra mundial. Posteriormente fue evidenciado la fuerte conección entre los sistemas ondulatorios de la alta troposfera con el desarrollo de los distintos fenómenos en la superficie.

En la actualidad hay satélites artificiales meteorológicos orbitando la tierra que observan continuamente la atmósfera y la superficie de la tierra, que transmiten información e imágenes de los distintos parámetros atmosféricos y oceánicos. La Organización Meteorológica Mundial tiene a su cargo la coordinación de los programas mundiales para operar la red mundial de datos Rossby atmosféricos.

La predicción meteorológica es una ciencia compleja que requiere, para su precisión, de una observación frecuente de estados del tiempo en todo el planeta. Antes de la era espacial resultaba imposible lograr estas condiciones, ya que se carecía de redes de observatorios en las regiones selváticas, mares, océanos y montañas, y se contaba solo con pocas estaciones meteorológicas terrestres que proporcionaban información puntual y ocasional. En muy pocas veces se obtenía información basada en el sondeo vertical mediante globos meteorológicos. La utilización de satélites meteorológicos se inicia en los años sesenta, y actualmente se cuenta con dos tipos de satélites meteorológicos, los puestos en órbita polar, que se mueven alrededor de la tierra a una altura de 1,000 km pasando por los polos 1 vez cada 24 horas y los puestos en órbita geoestacionaria, situados a 36,000 km sobre la superficie terrestre, los cuales están fijos con respecto al ecuador terrestre, moviéndose con ellos. Estas nuevas plataformas de observación telemétrica han revolucionado la investigación y operación meteorológica.

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Los satélites contribuyen también a la pronta detección y observación del desenvolvimiento de tempestades. Con ayuda de satélites de comunicación, se estableció a nivel mundial un sistema de alarma para alertar la población y así evitar o reducir las pérdidas de vidas humanas y daños materiales.

En los comienzos del siglo XX la ciencia de la meteorología sentó sus fundamentos teóricos. A partir del siglo XVII hasta principios del siglo XX, las leyes de movimiento, formuladas por Newton, y las leyes de termodinámica, fueron adaptadas para describir el movimiento de la atmósfera en la tierra en rotación y los procesos del aire y el vapor de agua. Sin embargo, poco avance se logró en el área del pronóstico meteorológico; los pronósticos se hacían en forma intuitiva, los meteorólogos analizaban ejemplos pasados similares, para proponer la posible evolución del fenómeno. Sin embargo, este método subjetivo, simple y modesto, no era suficiente para cubrir las necesidades operativas, pués siempre se encontraba un desarrollo diferente en l a evolución del fenómeno, el tiempo meteorológico es tan variable, que nunca parece repetirse en la misma forma.

Los meteorólogos han sabido desde hace mucho tiempo que el método de casos análogos no está basado en principios científicos. En 1901 el meteorólogo americano Clevelan Abbe, propuso cambiar los métodos subjetivos y empíricos del pronóstico del tiempo a métodos matemáticos y científicos. Tres años después, el físico noruego Vilhelm Bjerknes, independientemente, propuso la misma idea. Sin embargo, estos dos científicos estaban fuertemente limitados por los bancos de datos, que en esa época no incluían la atmósfera superior, ni datos sobre los océanos, por lo que no pudieron encontrar un camino para hacer un pronóstico matemático del estado del tiempo.

Pocos años después, el matemático inglés Lewis Fry Richardson (18811953) encontró un camino y pudo establecer las bases matemáticas para el pronóstico numérico del estado del tiempo, en su libro publicado en 1922; desgraciadamente, sus métodos matemáticos requerían una gran cantidad de horas-hombre de cálculo (incluso meses) de trabajo, por lo que no pudo lograr buenos pronósticos. Después del invento de las computadoras, se pudo descubrir cuales fueron los errores que Richardson cometió en esos primeros cálculos. El físico húngaro John Von Neumann   (1893-1957) profesor de la Universidad de Lorenz Princeton, organizó un grupo de trabajo en 1946 para desarrollar el primer modelo computacional de pronóstico del tiempo, con ayuda de la computadora llamada MANIAC (analizador matemático, integrador numérico y computadora). En 1922 Jacob Bjerknes  y el físico noruego Halvor Solberg  (1895- ) compararon la evolución de un ciclón extratropical con la amplificación de una onda. Poco después Solberg  analizó el problema de la ciclogénesis como un problema de inestabilidad de ondas, el cual fue crucial para el entendimiento de la teoría del caos, propuesta por Edward Lorenz.

En 1949 el meteorólogo inglés E.T. Eady  notó que casos muy similares, podían evolucionar de manera totalmente diferente, pequeños errores en las observaciones o en el análisis, podían crecer a grandísimas diferencias en el pronóstico de los siguientes dias. La teoría de ciclogénesis de Solberg no pudo ser completa, pués no se tenían observaciones de la atmósfera superior. Con la invención de la radiosonda en 1927, por el meteorólogo finlandés Vilho Vaisalla  (1899-1969), se pudo recolectar los datos necesarios y en 1937 Jacob Bj erknes pudo descubrir ondas en la atmósfera superior. Dos años mas tarde, Carl-Gustaf Rossby, quién fundó el Departamento de Meteorología en el Instituto Tecnológico de Massachussetts en 1928, proporcionó la primera teoría matemática para explicar las ondas atmosféricas, que fueron nombradas ondas de Rossby. Durante la II Guerra Mundial, se dió un fuerte avance a la red de observaciones de altura, por lo que fue posible obtener la primera imagen tridimensional de una tormenta extra-tropical. En 1944 Jacob Bjerknes y Jorgen Holmboe  propusieron una teoría sobre la dinámica de estos ciclones extra-tropicales. Poco después, en 1944, el meteorólogo 27

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americano Jule Charney, un estudiante de Holmboe, usó la teoría de Bjerknes-Holmboe y las ondas de Rossby  para estudiar la ciclogénesis de las tormentas, usando un modelo numérico, el cual fue probado hasta 1950, cuando se usaron las primeras computadoras.

Sin embargo, durante las siguientes dos décadas la tecnología de las computadoras avanzó enormemente, mientras que el pronóstico numérico del estado del tiempo, prácticamente no evolucionó. Este resultado, hizo suponer al matemático y meteorólogo americano Edward Lorenz, desde principios de los 1960’s, que el problema radicaba en la naturaleza misma de la atmósfera y no en la capacidad de los modelos numéricos o las computadoras, es decir en el caos propio de los fenómenos de la atmósfera.

Conforme se fueron mejorando las observaciones de la atmósfera, a partir de la II guerra mundial, se fueron también mejorando las teorías y modelos atmosféricos para la comprensión y el pronóstico meteorológico. Durante las últimas décadas, las escuelas Americana y Europea, principalmente, han logrado un gran avance en el conocimiento de las ciencias atmosféricas, todo lo cual a revelado la necesidad de cambiar muchos conceptos antiguos sobre la circulación general de la atmósfera. Se ha hecho posible aplicar los principios de la hidrodinámica y la termodinámica al problema del pronóstico meteorológico y climatológico, generándose distintos modelos computacionales que regularmente proporcionan sus pronósticos a la industria, al comercio, al gobierno y al público en general.

Los métodos para hacer la predicción meteorológica han evolucionado a grandes pasos desde la II Guerra Mundial, como consecuencia de los avances tecnológicos: en computación, en observación por radares y satélites, y en telecomunicaciones. Se han inaugurado muchas universidades y centros de investigación especializados en la meteorología. En escala local, los datos se transmiten principalmente por teletipo y radio simultáneamente a distintos centros receptores alrededor del mundo; en cuestión de mas o menos una hora, se tienen formados los bancos de datos usados para el diagnóstico y la predicción del estado del tiempo. El Sistema Global de Telecomunicaciones de la Organización Meteorológica Mundial tiene la función principal de certificar la calidad y validez de los datos originales (de superficie, de altura, de satélites, de aviones, de boyas, de buques, de radiosondeo). En el término de unas 2 horas después de las observaciones, se han dibujado mapas meteorológicos del estado del tiempo en los centros meteorológicos y aeropuertos alrededor del mundo, los cuales son transmitidos a los usuarios. Hasta hace unos pocos años, los mapas meteorológicos eran preparados y dibujados por meteorólogos expertos en pronóstico; en la actualidad los mapas y pronósticos meteorológicos son preparados en forma automática por grandes sistemas computacionales; no obstante, aún con todos estos avances tecnológicos y computacionales, la última decisión sobre el pronóstico meteorológico la toma e hombre, cuya imaginación, experiencia e intuición aún no logra ser igualada por las máquinas.

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