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Temperatura

¿Qué es la temperatura?

La Temperatura es una cantidad física que describe el calor y el frío y es proporcional a la energía cinética promedio de una masa.
Los termómetros se usan para medir la temperatura. Estos pueden ser estandarizados a una de tres escalas:

  • escala Fahrenheit (°F), que es especialmente popular en los EE. UU.
  • escala Celsius (°C), que es la más comúnmente utilizada.
  • escala Kelvin (K), que representa la unidad SI para la temperatura.

Las escalas Kelvin y Celsius tienen exactamente los mismos intervalos para una diferencia de temperatura de 1°, difieren solo por su punto cero.

En meteorología, la temperatura se diferencia en temperatura del aire, temperatura de la superficie, temperatura del suelo, temperatura del agua y temperatura en altitud. En meteorología, como regla, se considera la temperatura del aire, por lo que todos los demás detalles se refieren a esta temperatura ambiente, pero a continuación se mencionan brevemente con la temperatura. A menudo, las temperaturas diurnas o nocturnas se dan para describir el clima de un día.

Además, debe tenerse en cuenta que la temperatura depende en gran medida de la altitud. Esto significa que el aire se enfría en aproximadamente 1°C por cada 100 m de altura. Por lo tanto, es importante saber a qué altura se encuentra la estación de medición y en qué altura se fija el sensor de temperatura, de modo que la altura y, por lo tanto, también la diferencia de temperatura con otros sensores o estaciones se puedan considerar correctamente.

¿Cómo se mide la temperatura?

Todos los termómetros aprovechan varias propiedades físicas de las sustancias que cambian con los cambios de temperatura. Esto puede ser, por ejemplo, el aumento en el volumen de un líquido, la resistencia eléctrica de un metal o el cambio en el volumen de un metal.

Según la OMM (Organización Meteorológica Mundial), las estaciones meteorológicas para medir la temperatura del aire son los dispositivos más comúnmente utilizados con resistencia eléctrica. La temperatura se mide en un intervalo de algunos segundos, a partir de la cual se forma un promedio de 5 minutos. En la hora completa, estos fondos de 5 minutos se agregan a un promedio por hora. Para las estaciones no automatizadas, principalmente privadas, el intervalo de medición también puede ser de una hora o incluso un día.

¿Cómo se debe configurar un termómetro de una estación meteorológica?

Figure 1: Weather station in Cham, Switzerland

Se debe colocar un termómetro para medir la temperatura del aire en una superficie nivelada (idealmente, pasto corto) y dos metros sobre el suelo de acuerdo con las normas de la OMM. El entorno de medición debe poder iluminarse directamente con el sol y no debe haber obstáculos grandes (árboles, edificios) que afecten a la circulación del aire. Para que la medición realmente mida la temperatura del aire, el termómetro debe estar en una caja protectora blanca bien ventilada. Esta protección garantiza que ninguna radiación directa pueda golpear el dispositivo, lo que lo calienta más que el aire ambiente. La ventilación se puede proporcionar de forma natural con la ayuda de listones o artificialmente con la ayuda de ventiladores. Para medir la temperatura a diferentes alturas, se usan mástiles de medición de hasta 300m de altura. Para mediciones superiores a estos 300m, se usan globos meteorológicos.

¿Qué instrumentos de medición se usan para medir la temperatura del aire?

Los servicios meteorológicos nacionales (como MeteoSwiss) utilizan principalmente uno de los dos dispositivos siguientes para medir la temperatura:

Figure 2: Protective white box of a temperature sensor

  • Un instrumento con un termopar (termocupla) de constantán de cobre Tipo T
  • Un instrumento con un termómetro de resistencia de platino (PT100)

El dispositivo con el sensor PT100 es el más nuevo de los dos utilizados y desplaza lentamente el termopar de constantán de cobre.

Las mediciones de ambos dispositivos se basan en el cambio en la conductividad de un metal con aumento o disminución de la temperatura y, por lo tanto, pueden registrar incluso los cambios de temperatura más pequeños. El resultado es una conversión por computadora y ocurre automáticamente.

¿Qué otros métodos de medición están disponibles?

Figure 3: High precision mercury thermometer

Los sensores que se encuentran en cualquier termómetro digital para el hogar se basan en la misma tecnología que el equipo profesional, pero con materiales mucho más baratos. Es un material conductor utilizado, cuya resistencia depende de la temperatura.

Los termómetros antiguos y clásicos usan mercurio, que gracias a su baja capacidad calorífica puede aumentar o disminuir su volumen incluso a bajas temperaturas. Sin embargo, estos termómetros no se pueden automatizar y la precisión depende en gran medida del observador.

Otro método anticuado de determinación de la temperatura es el método bi-metálico. Dos placas de metal con diferente capacidad de calor se grapan juntas. Cuando se calienta, las placas se deforman de manera diferente y puede calcular la diferencia de temperatura por la diferencia de las placas.

Dificultades de medición de la temperatura

Los mayores errores de medición se basan en la instalación incorrecta de los instrumentos. Si los instrumentos de medición están demasiado cerca del suelo, no solo miden la temperatura del aire, sino también el calor emitido por la tierra. Cuando un dispositivo se irradia directamente del sol, las medidas de esta unidad son demasiado altas. La ventilación garantizada no debe descuidarse, ya que el aire estacionario se calienta mucho más rápido que el aire en movimiento. Por lo tanto, si hay una calma total en la caja del instrumento de medición, los valores medidos siempre son demasiado altos en el caso de la irradiación solar.

Si el sensor de temperatura se instala sobre una superficie de alquitrán o asfalto, los resultados de la medición también se falsificarán ya que estas superficies (a diferencia del césped) se calentarán extremadamente como resultado de la radiación solar. Para obtener resultados de medición uniformes y, por lo tanto, comparables, es esencial seguir las reglas de la OMM.

¿Cuántas estaciones de medición hay?

En Suiza, hay 154 estaciones de medición oficiales de MeteoSwiss que miden la temperatura del aire. Sin embargo, esto no es suficiente para una red nacional de medición, que podría representar a Suiza, ya que existen grandes diferencias de altitud en Suiza y la temperatura cambia significativamente con la altitud.

Por lo tanto, meteoblue también utiliza numerosas estaciones de medición privadas, que se evalúan y comprueban para la integridad de los datos a fin de ofrecer servicios tales como Nowcast o los mapas meteorológicos con más detalle. Sin embargo, estas estaciones de medición pueden fallar ya que no necesariamente se ajustan a las normas de la OMM, por lo que todas las mediciones se someten a un control de calidad automatizado antes de ser utilizadas para la previsión u otros fines.

Figure 4: Worldwide distribution of WMO-Weather Stations

Según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), actualmente hay más de 14,000 estaciones meteorológicas activas que funcionan diariamente y que cumplen con todos los estándares de la OMM. La mayoría de ellos están en los Estados Unidos y Europa. meteoblue utiliza unas 70 000 estaciones meteorológicas en todo el mundo, donde además de las estaciones de la OMM se utilizan otras redes públicas y privadas. Hay más de 100,000 estaciones meteorológicas privadas que miden y registran datos meteorológicos. Al observar todos los sensores de temperatura instalados en automóviles, smartphones y otros dispositivos electrónicos, varios millones de sensores de temperatura están en circulación, con una fuerte tendencia ascendente.