Por todos es sabido que al sol hace más calor que a la sombra (o a la sombra más frío que al sol), nuestro cuerpo experimenta claramente esa diferencia y además los medios de comunicación siguen diciendo lo de “temperatura a la sombra”. Aunque parezca contrario a nuestra intuición, la temperatura del aire al sol y a la sombra es la misma o casi.
¿Qué temperatura hace al sol y a la sombra?
La respuesta es algo más compleja de lo que se podría pensar, primero habría que hablar de a que temperatura nos referimos, si a la del aire, a la del suelo o a la que llegamos las personas, la de nuestra superficie corporal.
Es evidente que la temperatura del suelo al sol y a la sombra es diferente. También el calentamiento del suelo en extensas áreas soleadas incrementa la temperatura de las burbujas de aire cercanas al terreno. Dichas burbujas recalentadas se elevan por su mayor temperatura, también pueden elevar algo más la temperatura del aire en las cercanías del suelo. Cuando estamos cerca del terreno o de edificios recalentados por el sol, nos llega radiación infrarroja que contribuye al incremento de nuestra sensación térmica y en días de viento en calma aún más.
La principal causa del calor que se siente, cuando se está al sol, es la incidencia de su radiación directa sobre nuestro organismo, que eleva la temperatura de la superficie corporal. Es por ello que al sol la sensación de calor es mucho mayor, pero la temperatura del aire al sol y a la sombra no suele ser tan diferente en terreno abierto, ya que, aparte del efecto de las burbujas, el aire es bastante transparente a la radiación solar y además, aunque el aire absorbe parte de la radiación infrarroja emitida por el terreno, este efecto se produce de forma continua y a lo largo de todo el espesor de la atmósfera.
Cuando se produce una marcada diferencia de temperatura entre dos masas de aire contiguas a la misma altitud y diferente temperatura, se activan movimientos atmosféricos que tienden a homogeneizar sus temperaturas, salvo que haya algún tipo de forzamiento que impida que se mezclen. Ejemplo salida del frío de los aires acondicionados al exterior.
Localmente, la radiación infrarroja no produce una subida apreciable de la temperatura en un área pequeña confinada en los primeros metros del suelo donde medimos la temperatura.
Por esto cuando cuándo se mide la temperatura en meteorología se intenta hacer una aproximación lo mejor posible a la temperatura media del aire en un periodo representativo. Si se pone un termómetro al sol, la temperatura medida dependería del equilibrio térmico radiativo entre el sensor del termómetro y la radiación solar. Este dato dependería lógicamente del tipo de sensor empleado y no sería un dato fácil de interpretar ni se correspondería con una magnitud física de interés. Por ello, es importante recordar que al hablar de la temperatura del aire no es adecuado hablar de su medición al sol y a la sombra, sino matizar los motivos por lo que nuestra sensación de calor varía al sol y a la sombra.
La medición de temperatura del aire cerca de la superficie es compleja, empezando por la propia definición de temperatura que no es un concepto tan evidente. Partiendo de las recomendaciones de la Organización Meteorológica Mundial, vamos a hacer un repaso de las condiciones que debe tener en meteorología, una estación enfocada a la observación de temperatura.
La temperatura de un cuerpo se relaciona con su energía interna, la OMM (WMO, 1992), define la temperatura como «la magnitud física que caracteriza el movimiento aleatorio medio de las moléculas en un cuerpo físico«. Cuando dos cuerpos están a distinta temperatura y se ponen en contacto térmico, se produce un intercambio de calor entre ellos que va dirigido del más cálido al más frío. Para dar un valor cuantitativo a las temperaturas se definen escalas de temperatura, en España la escala de temperatura Celsius es la más ampliamente conocida por la población.
En la Guía de instrumentos y métodos de medición de la OMM, encontramos que el termómetro es un aparato diseñado para que su sensor alcance el equilibrio térmico con el medio que lo rodea y, mediante diversos algoritmos basados en propiedades físicas relacionadas con la temperatura, como la dilatación de los materiales o en el cambio de sus propiedades eléctricas, se puede asignar un valor a la medición. También hay termómetros que no necesitan tener contacto con el cuerpo, como los que basan su cálculo en la medición de la radiación emitida por el mismo.
Del primer tipo son, por ejemplo, los que se encuentran habitualmente en muchas casas para medir las temperaturas y, del segundo, los que se emplean para medir la temperatura corporal a distancia y que se han hecho muy populares a raíz de la pandemia de Covid.
En meteorología se mide la temperatura de muchos elementos como el agua, el terreno, el subsuelo, los topes nubosos, etc. Sin embargo, es la temperatura del aire, cerca de la superficie y también a diversas altitudes, la variable más observada. La OMM (WMO, 1992) define que la temperatura del aire es la temperatura leída en un termómetro expuesto al aire, protegido de la radiación solar directa.
Como pasa con otras variables meteorológicas, la medición de la temperatura, de forma coordinada y continua a nivel internacional, es básica para hacer unas buenas predicciones del tiempo. Muchas veces las perturbaciones atmosféricas que afectan a nuestro país se forman y evolucionan a miles de kilómetros de distancia. Por ello, aun contando con los programas de cálculo y los ordenadores más avanzados, sin una red global de información, difícilmente se podrían hacer predicciones más allá de un corto plazo.
Debido a la importancia de las observaciones de temperatura, los servicios meteorológicos utilizan sensores calibrados en un laboratorio especializado y que se someten a una revisión periódica. Además, los sensores tienen que tener otras características como un tiempo de respuesta adecuado. Este tiempo de respuesta estima el tiempo en que el sensor del termómetro alcanza el equilibrio térmico con el medio que está midiendo. Un tiempo de respuesta muy corto sería capaz de detectar las rápidas fluctuaciones, a veces de segundos, que se producen en la temperatura del aire y que son de poco interés operativo, por lo que habría que hacer un promedio, mientras que un tiempo de respuesta excesivamente largo podría dar lugar a que se suavicen algunos extremos térmicos.
Según la OMM (WMO, 1997) con sensores automáticos se recomienda promediar en un minuto. Si esto no se hiciera en verano se alcanzarían picos muy cálidos debido a burbujas de aire muy cálido que puede subir la temperatura del sensor en unos pocos segundos.
La OMM (WMO, 2017), recomienda que la constante de tiempo, definida como el tiempo necesario para que el termómetro registre el 63,2% de un cambio discreto de la temperatura del aire, sea de 20 segundos (WMO, 2017).
Según la OMM las mediciones de temperatura del aire cerca del suelo se deben realizar en abrigos meteorológicos, que le sirven de protección y soporte a los sensores, ubicados entre 1.25 y 2 m por encima del nivel del terreno (WMO, 2017). El tipo de protecciones meteorológicas o garitas utilizados es muy variado. En cualquier caso, su interior debería estar diseñado para proteger el sensor de cualquier fenómeno que le pudiera afectar, como la radiación solar o a la precipitación. Por otro lado, el aire en su interior debería tener una temperatura uniforme e igual a la del aire circundante. Todas estas consideraciones son, sin embargo, un ideal difícil de alcanzar. En ocasiones cada tipo de garita puede dar lugar a su propio microclima y puede haber ciertas diferencias en la medición de un tipo a otro de abrigo.
También la temperatura es muy sensible al entorno donde se mide. Por eso es importante llevar a cabo un control riguroso de los cambios que se producen. Para la observación sinóptica, la ubicación de la estación debe ser representativa de un entorno de 100km y cumplir una serie de recomendaciones. Según la OMM (WMO, 2017): El mejor lugar para realizar las mediciones es, pues, por encima del nivel del suelo, con exposición directa al sol y al viento, y libre de la sombra o proximidad de árboles, edificios u otros objetos que obstruyan. Las pendientes muy inclinadas y las depresiones del terreno están expuestas a condiciones excepcionales, por lo que convendría evitarlas. En los pueblos y ciudades, las características locales suelen ser más marcadas que en las zonas rurales. Las observaciones de temperatura en las cimas de los edificios son de dudoso valor y utilidad, debido al gradiente vertical variable de temperatura que existe en esos lugares y al efecto del propio edificio sobre la distribución de la temperatura.
En definitiva, es importante saber a qué nos referimos cuando hablamos de temperatura del aire, no debemos hablar ni de sol ni de sombra, no fiarnos de cualquier termómetro de calle, sin calibración y muchas veces expuesto a la radiación solar directa. También es importante tener en cuenta la zona se localiza la estación medidora. Consideremos el dato de una estación ubicada en un entorno urbano, muy recalentado por la radiación solar incidente sobre los edificios y asfalto, por el tráfico intenso o por los aparatos de aire acondicionado cercanos, que el de otra ubicada en el campo o en el interior de un extenso parque urbano, solo así podremos comparar datos de forma fiable y comprender verdaderamente las variaciones térmicas.