Introducción a la Dinámica de la Atmósfera 1er cuatrimestre de 2011

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Geopotencial

Por definición, la energía de un cuerpo es su capacidad para desarrollar un trabajo y, en ese

sentido, la cantidad total de energía almacenada en un objeto (su energía interna) determina

la cantidad de trabajo que ese objeto puede realizar. En tanto esa energía que no se pone en

funcionamiento para la realización de trabajo constituye sólo lo que se denomina como

energía potencial porque, en efecto, es sólo un potencial que en un momento determinado

puede ponerse en movimiento.

Todos los cuerpos, en función de su posición en la Tierra, poseen una energía potencial

gravitacional o energía geopotencial, porque su mera posición les otorga un potencial

importante de realizar trabajo.

En el caso del aire, y por las mismas razones, cada volumen de aire contiene una energía

geopotencial en virtud de su posición. Esta energía es mayor en el aire superior que en el aire

en contacto con la superficie terrestre, siendo esto así porque el aire superior tiene el potencial

de descender y calentarse a través de una capa más espesa de atmósfera.

Se entiende por geopotencial "la energía potencial que posee un cuerpo en virtud de hallarse

en el campo de gravitación terrestre, referido a un nivel arbitrario o cero, que se toma

correspondiendo con el nivel medio del mar. Numéricamente es igual al trabajo que habría

que realizar contra la gravedad para elevar la unidad de masa desde el nivel medio del mar

hasta el lugar en el que está situada la masa".

Si la fuerza de gravedad fuera idéntica para todos los lugares del planeta, la energía

geopotencial sería idéntica para todos los puntos de una misma superficie de nivel: 1.000 m,

2.000 m, etc. Sin embargo, la aceleración de la gravedad varía con la latitud, de forma tal que

una superficie geométrica no es al mismo tiempo una superficie equipotencial.

Desde el punto de vista dinámico y para los fines del análisis meteorológico, el geopotencial

es una mejor medida de la altura del aire que la altura geométrica y ello es así porque cuando

el aire se desplaza sobre una misma superficie geométrica generalmente pierde o gana

energía, mientras que esto no sucede cuando los desplazamientos tienen lugar sobre una

superficie equipotencial.

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El geopotencial se define como:

φ−∇=rgr

y rddr•∇= φφ � gdzrdKgrdgrdd r −=•−=•=•−∇=− rrrrrφφ

gdzd =φ integrando y suponiendo que 0φ =0 y z0=0 � ∫=z

dzzg0

)(φ

Como g se mantiene casi constante entre el polo y el ecuador y entre superficie y la

tropopausa, podemos aproximar .gz=φ

Las unidades del geopotencial (φ ) son m2/seg2 (unidades de energía por unidad de masa). Si

se divide φ por 9.8 se obtiene la altura geopotencial (Z), cuyas unidades son metros

geopotenciales (mgp):

8.98.9

gzZ == φ

Los metros geopotenciales se definen como m2/seg2/9.8. Cabe aclarar que la altura

geopotencial es numéricamente igual a la altura geométrica sobre el nivel medio del mar.

Bibliografìa:

• Cuadrat, J; Pita, M. 1997. CLIMATOLOGÍA. Madrid, ES, Ediciones Cátedra, S.A. de

España. 493 p.

• http://www2.udec.cl/~jinzunza/fluidos/fluidos7.pdf