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La convección es el principal generador de la circulación atmosférica. Esta se da por efecto de la diferencia de temperatura que ocurre por ejemplo en el ecuador donde la radiación es máxima. Dicho movimiento genera un patrón de distintos flujos tanto próximos a la superficie como en altura y que son claves para entender los flujos en el océano.

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El principal motor del movimiento atmosférico es lo que se conoce como el fenómeno de convección. Este fenómeno ocurre cuando el aire en la superficie del planeta se calienta debido a la radiación solar que incide en el suelo. El calentamiento provoca la expansión del aire, lo que lo hace menos denso que el aire circundante, y por lo tanto, tiende a ascender o "flotar". A medida que asciende, crea un vacío que da lugar a vientos superficiales que reemplazan la masa de aire faltante, creando así un espacio que finalmente arrastra la masa de aire que ascendió. Una vez que esta masa de aire se enfría, vuelve a descender, formando así un movimiento circular.

Este tipo de movimiento se observa no solo en la atmósfera, sino también en un hogar, y es parte del mecanismo para distribuir el calor generado por un radiador.

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Sobre el planeta, las zonas que reciben una mayor radiación solar se calientan más y generan una mayor convección a lo largo del ecuador. El aire asciende y, en la troposfera, comienza a distribuirse hacia el norte y el sur, induciendo una circulación con vientos superficiales hacia el ecuador y vientos en altura que se alejan de este.

El aire en altitudes más elevadas tiende a enfriarse y luego comienza a descender para ser arrastrado en la superficie hacia el ecuador nuevamente. De esta manera, se forma un tipo de cinturón de circulación alrededor del planeta, denominado las células de Hadley en el hemisferio norte y sur. A su vez, estas células inducen una circulación opuesta que presenta corrientes superficiales hacia el norte y corrientes en altura hacia el sur. Estas segundas células se denominan las células de Ferrel. Por último, existe una tercera célula que se denomina la célula polar.

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La convección observada en el ecuador origina aire que se calienta en la superficie, absorbe una gran cantidad de vapor de agua, asciende y finalmente genera nubes a través de la condensación del vapor de agua. Esta condensación se visualiza en las nubes que se forman a lo largo de toda esta zona, donde convergen los vientos de superficie de ambos hemisferios, conocida como la zona tropical de convergencia.

La mezcla y convección de corrientes es altamente inestable y conduce a tormentas y turbulencias frecuentes. Si uno vuela entre Sudamérica y Europa, a menudo atraviesa esta zona durante la noche, experimentando turbulencias frecuentes durante aproximadamente una hora, y en ocasiones se pueden observar los rayos de las tormentas que ocurren en las capas inferiores de la atmósfera.

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Si nos enfocamos en las corrientes de superficie, podemos identificar tres tipos de vientos:

- En la célula de Hadley, que se extiende desde el ecuador hasta las latitudes de $\pm$ 30 grados, los vientos tienden a "avanzar" debido al cambio de una zona de alta velocidad tangencial a una zona de baja velocidad tangencial (vientos alisios).
- En la célula de Ferrel, que abarca desde las latitudes de $\pm$ 30 grados hasta las latitudes de $\pm$ 60 grados, los vientos tienden a "retroceder" debido al cambio de una zona de baja velocidad tangencial a una zona de alta velocidad tangencial (vientos del oeste).
- En la célula polar, que se extiende desde las latitudes de $\pm$ 60 grados hasta los respectivos polos, los vientos tienden a "avanzar" debido al cambio de una zona de alta velocidad tangencial a una zona de baja velocidad tangencial (vientos este).

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En los puntos de confluencia entre las células de Hadley y Ferrel, y entre las células de Ferrel y polar en la troposfera, se forma una corriente que circula alrededor del planeta. Estas corrientes se conocen como corrientes en chorro (jet stream), la subtropical y la polar. Estas corrientes circulan a alta velocidad y son utilizadas por la aviación para reducir los tiempos de viaje de oeste a este:

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En general, el número de celdas que tiene el planeta depende de la estabilidad del flujo desde el ecuador hacia la superficie o desde el ecuador hacia la altura. En teoría, el planeta podría tener una sola celda que se extiende desde el ecuador hasta los polos. Sin embargo, en la actualidad, contamos con tres de estas celdas que forman cinturones alrededor del planeta, donde convergen las corrientes entre las celdas de Hadley y entre las celdas de Ferrel y polar. El hecho de que los flujos atmosféricos se encuentren en estas regiones significa que son zonas de baja presión. De manera similar, se esperaría que existan zonas de alta presión entre las celdas de Hadley y de Ferrel, así como en los polos. Sin embargo, estos cinturones de presión tienden a ser inestables, fragmentándose y generando zonas de alta y baja presión que se desplazan con las corrientes superficiales:

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Las zonas de baja presión (ecuador y 60 grados de latitud) y alta presión (30 grados de latitud y polos) no solo se segmentan y forman centros que se desplazan con las corrientes, sino que también serpentean alrededor de diferentes ubicaciones (ecuador, 30 grados de latitud, 60 grados de latitud) influenciadas por las temperaturas estacionales en cada hemisferio.

La línea roja en el diagrama muestra la posición de lo que sería la zona de convergencia tropical, que serpentea entre ambos hemisferios.

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Dado que es la atmósfera la que impulsa el movimiento de la superficie del océano, se observan las correspondientes circulaciones que generan los diferentes vientos. Esto nos permite comprender los macro movimientos de circulación en:

- Atlántico Norte
- Atlántico Sur
- Pacífico Norte
- Pacífico Sur
- Mar Índico

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Las circulaciones en los océanos tienen estructuras más detalladas en los bordes de las cinco principales zonas de circulación. Debido a la inercia, estas circulaciones se mantienen en gran medida a lo largo del tiempo a pesar de las fuertes fluctuaciones en el flujo del aire.

Aparte de la circulación general, existen flujos particulares al norte de Europa, alrededor de India y en Oceanía. Estos flujos son más pequeños y no presentan la misma inercia que las grandes circulaciones, además están sujetos a los movimientos más aleatorios de la circulación atmosférica.

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Otro tipo de circulación menor ocurre en la costa. No afecta el "macroclima", solo el clima local. Durante el día, la tierra absorbe mucha energía y transfiere parte de ella a las masas de aire, que se calientan y experimentan convección, comenzando a ascender. Esto arrastra el aire del mar hacia afuera, creando el viento costero que se observa en la playa. Este viento de mar a tierra también arrastra el agua del mar, fomentando la formación de olas.

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Sin embargo, durante la noche, el flujo es inverso. Debido a la alta capacidad térmica del agua, ahora es el océano el que transfiere energía al aire, provocando convección sobre el océano y arrastrando aire desde la costa. Se observa entonces un viento que va desde la costa hacia el mar, lo cual tiende a calmar las olas, ya que arrastra el agua mar adentro.

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