Ecuaciones del Movimiento

  Apéndice B: Efecto del rozamiento


En el kilómetro inferior de la atmósfera, la velocidad del viento disminuye debido al rozamiento. Este rozamiento es causado por dos procesos:

  Difusión molecular y viscosidad

Debido a las colisiones entre las moléculas de aire y las moléculas de la superficie terrestre, existe un intercambio de momento entre la atmósfera y la tierra. La fuerza de rozamiento, por unidad de masa, viene dada por la siguiente fórmula:


Los procesos moleculares son importantes únicamente en una capa muy delgada junto a la superficie terrestre, que en la mayoría de los casos es de unos pocos centímetros de espesor. En los niveles superiores de la atmósfera esta fuerza puede despreciarse.

  Turbulencia

No obstante, existe también un transporte de momento desde la atmósfera hacia la superficie terrestre debido a la turbulencia. La capa en la cual este rozamiento turbulento es importante, denominada capa de rozamiento o de fricción, tiene un espesor que varía entre unos pocos kilómetros durante el día y unos pocos cientos de metros durante la noche. Esta fuerza de rozamiento, por unidad de masa, puede escribirse de forma similar a la utilizada para la fuerza de rozamiento molecular:


Sin embargo, el coeficiente de difusión turbulenta o coeficiente de difusión por torbellinos (en inglés eddies), es entre 103 y 104 veces mayor que el coeficiente de difusión molecular. El coeficiente de difusión turbulenta también decrece con la altura.

Con frecuencia el rozamiento se introduce en las complejas soluciones de las ecuaciones meteorológicas asumiendo simplemente que la fuerza actúa en la dirección opuesta a la del viento y proporcionalmente al cuadrado de su velocidad. Sin embargo, es difícil estimar el coeficiente de proporcionalidad, ya que este depende de diversos factores, como por ejemplo la rugosidad del terreno y el gradiente vertical de temperatura cerca del suelo. Debido a que la fuerza de rozamiento es opuesta al vector viento, se produce efectivamente una reducción de su velocidad. Al disminuir la velocidad del viento disminuye la fuerza de Coriolis y la fuerza del gradiente de presión desvía el movimiento hacia las regiones de presión baja. Por tanto el efecto neto del rozamiento es producir una componente del viento dirigida desde altas presiones hacia más bajas, como puede verse en la figura inferior.


Como el rozamiento decrece con la altura, el viento se desvía más hacia las bajas presiones cerca del suelo que más arriba en la atmósfera. El resultado es una especie de espiral de viento. Las características exactas de tales espirales dependen de las condiciones atmosféricas predominantes.