La teoría de la transferencia de calor explica las olas de frío repentinas
La capa límite nocturna es un fenómeno climático importante que puede atrapar aire frío cerca de la superficie del suelo, lo que da lugar a niebla y heladas por la mañana. Una mejor comprensión de este proceso puede mejorar las predicciones meteorológicas y posiblemente ahorrar a los agricultores millones de euros en daños en los cultivos, así como hacer que los viajes por aire y por carretera sean más seguros. El proyecto financiado con fondos europeos COAT investigó las condiciones que dirigen la evolución de la capa límite nocturna. «Por la noche, la superficie del suelo se enfría y crea una bolsa de aire frío de una profundidad de entre cincuenta y doscientos metros», explica Bas van de Wiel, investigador principal de COAT. «Este aire frío es pesado y se estratifica». Si apenas hace viento, esta capa estática de aire frío sigue acumulándose y finalmente crea niebla y heladas. Sin embargo, si hay suficientes turbulencias, estas pueden llevarse el aire más frío y evitar así la aparición de niebla y heladas. La naturaleza impredecible de la capa límite nocturna frustra los modelos climáticos y genera errores de hasta 5 °C en las predicciones meteorológicas en períodos fríos. «Por ello, estudiamos la causa de este colapso de las turbulencias, cuando desaparece la mezcla de aire», aclara van de Wiel.
Bucle de retroalimentación
Con sus compañeros de la Universidad Tecnológica de Delft (los Países Bajos), van de Wiel creó un modelo del intercambio de calor entre el suelo y el aire. Las superficies pavimentadas como las calles y carreteras mantienen más calor que el césped, por lo que mantienen unas temperaturas nocturnas superiores. No obstante, incluso la pérdida de calor de las superficies sin pavimentar acaba por reponerse desde abajo. Esto permitió a van de Wiel y sus compañeros cuantificar la cantidad total de pérdida de calor esperada. Con este dato, pudieron determinar la velocidad del viento necesaria para proporcionar suficiente aire caliente para que no se formen niebla y heladas. «Calculamos que el sistema se colapsa con una velocidad del viento inferior a 3 m/s a la altura de la nariz», añade. «El flujo solo puede transferir una cantidad dada de calor y, si la superficie se está enfriando a una velocidad mayor, se obtiene un bucle de retroalimentación positivo». El modelo se validó en tres fases. En primer lugar, el equipo realizó una simulación numérica directa a una potencia computacional elevada, construyendo el sistema a partir de sus primeros principios. En segundo lugar, utilizaron un modelo de predicción climática con varias hipótesis para comprobar si las predicciones eran correctas. Por último, se aplicó el modelo en el clima del mundo real para ver si era preciso. «Las predicciones se cumplieron incluso entonces», comenta van de Wiel. «Podemos estar seguros de que la teoría es válida y de que resolvimos el problema del colapso de las turbulencias atmosféricas». El modelo destaca que las condiciones del suelo, la distancia a zonas urbanas y la distancia al agua son factores clave en la formación de la niebla.
Dando frutos
Los resultados de la investigación ya se están poniendo en práctica. Además de mejorar las predicciones meteorológicas y climáticas, la investigación de van de Wiel mostró que el movimiento del aire es una herramienta potente contra la formación de heladas. Un proyecto relacionado utilizó ventiladores de gran tamaño para hacer circular el aire en huertos de árboles frutales y tuvo mucho éxito. «Los resultados fueron muy buenos, las temperaturas aumentaron entre 3 y 5 grados, las cosechas aumentaron un 100 % y pudimos mostrar perfectamente que las cosechas aumentaban cerca del ventilador», señala van de Wiel. El proyecto COAT recibió el apoyo del Consejo Europeo de Investigación. «Esta financiación fue una ayuda inmensa, pues nos dio la libertad y la oportunidad de ser verdaderamente creativos», dice. «Algunas financiaciones solo permiten pagar el sueldo del investigador, pero la ciencia es mucho más que eso».
Palabras clave
COAT, capa límite, aire, viento, intercambio de calor, helada, niebla, meteorológico, predicción, clima, huerto, fruta
