Seguimos viajando en el largo recorrido hacia la predicción probabilista por la Historia de la meteorología.
En esta ocasión, Mario Fernández, nos lleva hasta el siglo XVIII, una apasionante época en la que se produjeron nuevos avances tecnológicos y sobre todo teóricos, en este apasionante campo de la ciencia, gracias al nacimiento de nuevas disciplinas de estudio.
Nacimiento del Cálculo
El siglo XVII asistió al nacimiento de la disciplina matemática conocida como Cálculo cuya autoría dio lugar a una amarga disputa entre Newton y Leibnitz.
Durante el siglo siguiente, el XVIII, los trabajos de matemáticos como Leonhard Euler, D´Alembert, Bernouilli y Lagrange, permitieron significativos avances en el perfeccionamiento de las herramientas del Cálculo Infinitesimal.
Se desarrollan así ramas de la Matemática como la teoría de las ecuaciones diferenciales que ya Newton esbozó en su obra principal, los Principios Matemáticos de la Filosofía Natural.
Y también nace la Mecánica de Fluidos
Esto posibilitó el abordaje de nuevos problemas físicos como la cuerda vibrante y el nacimiento de la Mecánica de los Fluidos.
El problema de la cuerda vibrante dio un eficaz impulso a la formulación de la teoría ondulatoria y resolvió el problema de la tautócrona o curva para la cual el tiempo tomado por un objeto que desliza sin rozamiento en gravedad uniforme hasta su punto más bajo es independiente de su punto de partida.
La figura fundamental de Euler
En Mecánica de Fluidos la aportación del matemático L. Euler fue impresionante.
En el año 1757 Euler publicó su obra ‘Principes généraux du mouvement des fluides’ (Principios generales del movimiento de los fluidos).
En esta obra aparecen formuladas las ecuaciones que rigen el movimiento de un fluido ideal que es aquél cuya viscosidad es nula.
Como no es la intención de este artículo detenerse de forma pormenorizada en la explicación de dichas ecuaciones, digamos sólo que la formulación de las ecuaciones de Euler implica que en los movimientos de fluidos ideales se ha de conservar ciertas magnitudes: la primera es la masa, la segunda la cantidad de movimiento y la tercera la energía.
El principio de continuidad
La asunción de la conservación de la masa, esto es que en un volumen de control determinado de fluido no se crea ni se destruye masa o materia, aunque la superficie de dicho volumen de control pueda dilatarse o contraerse.
La formulación más sencilla del principio de continuidad es la siguiente:
ρ.V=cte; d/dt(ρ.V)=0; ρ.dV/dt+V.dρ/dt=0.
Donde ρ es la densidad del fluido; V el volumen; d/dt(ρ.V) es la variación total de la masa en la unidad de tiempo y ρ.dV/dt+Vdρ/dt es el desarrollo de d/dt(ρ.V).
O, dicho de otra manera, el producto de la densidad por la variación en la unidad de tiempo del volumen más el producto del volumen por la variación de la densidad en la unidad de tiempo permanece constante.
No olvidemos que la masa también se puede representar por el producto del volumen por la densidad.
La formulación de Navier-Stokes
Habrá que esperar al siguiente siglo, al XIX, para que el movimiento de fluidos reales, no idealizados, se formule por las ecuaciones de Navier-Stokes cuya solución general aún sigue siendo un problema a día de hoy irresuelto.
Es difícil no reconocer estos avances en la mecánica de los fluidos como los primeros gérmenes para implementar ya modelos numéricos de predicción aunque estos no llegarán hasta el siglo XX por razones obvias.
El conocimiento del campo de vientos
Como ya hemos indicado, los avances de gigantes en matemáticas como L. Euler, D´Alembert, Laplace, Lagrange y Bernoulli permiten el avance de ciencias como la Física y la práctica y los avances de los grandes viajes oceánicos permiten conocer un poco mejor la circulación de los vientos principales del globo.
Así el astrónomo Edmund Halley en un artículo publicado en el año 1686, ‘An Historial Account of Trade Winds, and Mossons, observable in the Seas between and near Tropicks, with an attempt to assing the physical cause of the said winds’ (Una revisión histórica de los vientos y monzones observables en los mares entre y cerca de los Trópicos con un intento de asignar la causa física de dichos vientos) indaga sobre la causa última de dichos vientos y realiza un mapa donde los describe señalando las particularidades estacionales de los mismos:
La circulación atmosférica general gracias a Hadley
En 1735 aparece en ‘Philosophical Transactions’ la importante contribución de Hadley donde sugiere el primer modelo global de la circulación general:
Dicho modelo de circulación, bastante simple, propone que la energía procedente del sol provoca un desigual calentamiento de la superficie terrestre y, por tanto, el flujo de vientos en el hemisferio norte es en dirección norte-sur y en el hemisferio austral, sur-norte.
En las zonas ecuatoriales el fuerte calentamiento del aire provocaría el ascenso del mismo en niveles más altos hacia el Polo mientras el aire contenido en este iría derivando hacia el sur al ser sustituido por el aporte de aire cálido procedente del Ecuador.
Hadley también subraya que la evolución hacia el oeste de los alisios resultaría producto de la rotación terrestre y de la mayor velocidad lineal a medida que dichos vientos perdiesen latitud.
En este contexto también hay que tener en cuenta la contribución del filósofo Inmanuel Kant que en su obra, ‘Geografía Física‘, se ocupó de los vientos conocidos de su época y trató igualmente de indagar sobre sus causas.
La aportación de los químicos
En el campo de la Química hay que subrayar a Lavoisier, por cuanto fue el primero que determinó que el aire es una mezcla de gases y determinó de forma cuantitativa su composición principal (78% de nitrógeno y 21% de oxígeno).
El trabajo de los químicos puso también las bases de la Termodinámica y así, en el año 1781 Joseph Black desarrolla los conceptos de calor latente (calor necesario, y no directamente medible con un termómetro, para que una sustancia determinada cambie de fase o estado) y capacidad calorífica (cociente entre la cantidad de calor transferida a un cuerpo y el aumento de temperatura experimentado por el mismo).
Habrá que esperar al siguiente siglo, el XIX, para que se sienten todos los principios de esta importante ciencia.
La aparición de las sociedades científicas
Ya para concluir los hitos principales de este vertiginoso siglo XVIII habría que subrayar la importancia de las distintas sociedades científicas para la difusión de las nuevas ideas científicas.
En nuestro país toman el nombre de Sociedades Económicas Amigas del País fundadas durante el reinado de Carlos III.
Fueron estas sociedades las primeras en tomarse en serio la recogida de datos meteorológicos pero lo cierto es que en nuestro país y como consecuencia de la navegación y comercio con América, el Real Observatorio de San Fernando posee datos meteorológicos desde el año 1811 aunque fueron ya publicados de forma ininterrumpida a partir de 1870.
De forma anecdótica la recogida de datos meteorológicos data de mucho tiempo atrás y así en la obra ‘La Atmósfera‘ de Camilo Flammarion, edición del año 1892 y traducida al castellano por Norberto Font y Sagué muestra una serie de datos de la azotea del Observatorio de París desde el año 1700:
Bibliografía
- Flammarion, Camilo. ‘La atmósfera’. Edit Montaner y Simón. Barcelona. 1902
- Gil Olcina Antonio y Olcina Cantos Jorge, ‘Tratado de Climatología’. Publicacions Universitat D´Alacant. 1917.
- Navarro Sandalinas, Joaquín. ‘Del simple cálculo al análisis matemático’. Euler. Biblioteca los Genios de la Matemática. Editorial RBA. 2017.
- Solís Carlos y Sellés Manuel. ‘Historia de la Ciencia’. Edit Espasa 2ª edic. año 2013.
- Medina Isabel, Mariano. ‘Teoría de la predicción meteorológica’. Antiguo Instituto Nacional de Meteorología (INM). Publicación Serie B (Textos). Madrid, 1984.
- Armada Española, Servicio de Meteorología del Observatorio de San Fernando (http://www.armada.mde.es/ArmadaPortal/page/Portal/ArmadaEspannola/cienciaobservatorio/prefLang-es/05Geofisica–05serviciometeorologia).
- Tiempo.com. Los vientos alisios (https://services.meteored.com/img/article/los-vientos-alisios-2891-2.jpg)
Una inteligencia que en un instante dado supiera todas las fuerzas que actúan en la naturaleza y la posición de cada objeto en el universo – si estuviese dotada de un cerebro lo suficientemente vasto para hacer todos los cálculos necesarios – podría describir con una sola fórmula los movimientos de los mayores cuerpos astronómicos y los de los átomos más pequeños. Para tal inteligencia, nada sería incierto, el futuro, como el pasado, serían un libro abierto.
(Pierre Simon de Laplace)
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