La meteorologia no te nomes en compte els canvis fisics i quimics de l’atmosfera, sino tambe els diversos efectes directes d’aquesta sobre la superficie de la Terra, els oceans i la vida en general. Hom empra el mot “temps” per a designar l’estat o les condicions de l’atmosfera; aixi, hom parla de fred o de calor, cel cobert o esboirat, precipitacio (pluja, neu, etc.), boira i moviment de l’aire (vent). Aquests components, caracteritzats per la temperatura, el vapor d’aigua i el moviment de l’aire, poden combinar- se entre ells de distintes maneres i donar com a resultat les diferents varietats de temps.

La meteorologia, actualment considerada com una de les branques de la geofisica, pot esser classificada en diferents parts. La meteorologia analitica observa per separat els elements fisics del temps: temperatura, vent, precipitacions, etc. La meteorologia dinamica cerca les lleis dels moviments de l’atmosfera i la relacio d’aquests moviments amb els diversos aspectes del temps. Compren tambe una part teorica, fonamentada essencialment en la hidrodinamica i la termodinamica. En els estudis practics de la meteorologia dinamica, hom utilitza mapes i diagrames que representen esquematicament l’estat de l’atmosfera, a unes hores determinades i sobre una extensio restringida, anomenada espai sinoptic . Aquests estudis practics constitueixen la meteorologia sinoptica , i son aplicats diariament per a la previsio del temps. La meteorologia agricola s’ocupa dels efectes que l’atmosfera produeix en els conreus, i la meteorologia medica intenta coneixer els efectes del temps o dels seus elements sobre l’organisme huma. Cal esmentar tambe l' aerologia , que estudia l’estructura de les capes mes altes de l’atmosfera, i sobretot la climatologia , que estudia el clima i la distribucio espacial dels valors mitjans, be dels elements de l’atmosfera al nivell del sol ( climatologia classica ), be de la distribucio espacial dels tipus de temps en el sol i a diferents altures ( climatologia dinamica ), i la microclimatologia , que estudia els microclima ?i les aplicacions d’aquest concepte a l’agricultura, a la biologia, al confort huma, etc.

Historia de la meteorologia

Els primers coneixements de la meteorologia foren empirics. Xenofanes de Colofo, al segle?VI aC, feu la divisio de la Terra en zones, atenent les condicions d’il·luminacio solar i temperatura i segons la variacio dels dies i les nits. El primer estudi sistematic fou fet per Aristotil en la seva Meteorologica . Pero aquests intents no anaven mes enlla de la mera descripcio; calgue arribar als segles?XVII i XVIII perque, amb la invencio d’instruments de mesura dels elements meteorologics, aquest saber es convertis en ciencia. L’instrument meteorologic mes antic es el penell , conegut ja abans de l’era cristiana. L' anemometre , utilitzat per a mesurar la velocitat del vent, fou concebut per Leonardo da Vinci, vers l’any 1500, i fou desenvolupat per Robert Hook, el 1667. El termometre fou inventat per Galileu el 1607, i el pluviometre fou inventat probablement en aquesta mateixa epoca. El 1643 Evangelista Torricelli descobri el principi del barometre per a determinar el pes de l’atmosfera, i el 1658 Pascal estudia les variacions anuals de la pressio i indica, juntament amb Sinclair, la disminucio de la pressio amb l’altura. Al segle?XVII, hom comenca a fer les primeres observacions de la temperatura, de la pressio i de la pluja. Durant aquesta mateixa epoca de desenvolupament d’instruments i d’observacio del comportament atmosferic foren descobertes diverses propietats dels gasos; la llei de Boyle (segle?XVII) i la de Charles (segle?XVIII) demostren que la densitat dels gasos creix amb la pressio i disminueix amb l’augment de la temperatura. El 1800 John Dalton desenvolupa la teoria sobre l’escalfament i el refredament dels gasos per compressio i expansio, que son fonamentals per a l’explicacio de la formacio dels nuvols.

El concepte dinamic dels sistemes atmosferics demostra que el temps no es un fenomen estrictament local, i aquest no fou analitzat fins que les observacions en diferents llocs o en diferents instants foren recollides i comparades. A la darreria del segle?XVIII i a la primeria del XIX un grup de cientifics europeus establiren una xarxa d’estacions meteorologiques, i aixi aparegueren els primers mapes del temps. Pero fins a la invencio del telegraf no fou possible de reunir simultaniament les observacions de diversos llocs. Aquesta cooperacio internacional, iniciada l’any 1850, es desenvolupa sobretot despres de la Primera Guerra Mundial. Durant aquests anys, els meteorolegs escandinaus, basant-se en un escrutini minucios de les observacions, desenvoluparen matematicament la teoria de les masses d’aire i dels fronts. Aquest grup, dirigit per V. F. K. Bjerknes i pel seu fill, construi els primers models de sistemes atmosferics, que constitueixen el punt de partida de les modernes teories dels sistemes atmosferics. El coneixement de les capes altes de l’atmosfera fou iniciat amb el globus i amb l’ajuda de l’aviacio, pero a partir del 1930 fou emprat el radiosonda , que, portat per un globus uns quants quilometres sobre la superficie terrestre, envia informacio de la temperatura de l’aire, la pressio i la humitat, i permet, aixi, de poder fer el tracat de mapes d’altura.

La meteorologia ha experimentat un important avenc durant les ultimes decades. L’espectacular desenvolupament tecnologic aconseguit a la segona meitat del segle XX ha influit de manera decisiva en el progres d’aquesta ciencia, en el qual han intervingut els factors seguents: la millora en les tecniques habituals d’observacio meteorologica, el desenvolupament de noves tecniques alternatives, la utilitzacio dels moderns sistemes de comunicacio i transmissio d’informacio i l’us dels mes potents ordinadors en el camp de la prediccio del temps. Aixi, les modernes estacions automatiques que mesuren i enregistren de manera gairebe continua les principals variables meteorologiques (pressio, temperatura, humitat, vent, etc.) han permes d’augmentar considerablement el nombre de punts d’observacio sobre la superficie del planeta. A mes, l’enregistrament de les dades en suport magnetic facilita extraordinariament el tractament estadistic de les series meteorologiques, una contribucio important al coneixement del comportament de les distintes variables que determinen l’estat del temps i del clima en cada lloc. D’altra banda, la transmissio de les dades en temps real per radio i linia telefonica fan possible concentrar la informacio en centres regionals especialitzats, la qual cosa facilita, en molts casos, el seguiment i la prediccio de situacions atmosferiques que poden resultar perilloses o fins i tot catastrofiques. En aquest camp, la contribucio de l’observacio remota de l’atmosfera per mitja del radar i els satel·lits meteorologics ha estat importantissima. Arran dels primers usos militars del radar a la Segona Guerra Mundial, els quals responien a la necessitat de suprimir les interferencies causades per la precipitacio, es posa de manifest la seva possible aplicacio a la meteorologia. Al final dels anys quaranta hom ja coneixia be l’efecte que la pluja produeix en la propagacio dels impulsos d’energia electromagnetica emesos pel radar. Quan les gotes intercepten part del feix emes, una petita fraccio d’energia es tornada en la direccio incident i posteriorment detectada per l’antena de l’equip. El senyal rebut permet de calcular la quantitat d’aigua present en la zona de l’atmosfera observada; la comparacio posterior d’aquesta quantitat amb la intensitat de pluja enregistrada en el sol, mitjancant pluviometres adequats, fa possible el calibratge del radar. La aplicacio d’aquest aparell en el diagnostic i el pronostic a molt curt termini de la quantitat de precipitacio es actualment de gran utilitat en les tasques de prediccio meteorologica.

Durant la decada dels vuitanta foren molts els paisos que iniciaren la creacio de xarxes de radars meteorologics. A l’Estat espanyol la xarxa projectada consta de 13 radars, 8 d’ells de banda s. (longitud d’ona de 10 cm) i 5 de banda C (longitud d’ona de 5 cm). D’uns anys enca, la utilitzacio del radar Doppler ha millorat notablement la informacio de l’estructura tridimensional dels sistemes nuvolosos. Els ultims vint anys els satel·lits meteorologics han esdevingut tambe una eina indispensable de la meteorologia. Tant els satel·lits d’orbita polar (que giren al voltant de la Terra a una altitud d’uns 800 km en una orbita molt inclinada respecte a l’equador i que passen proxims a la vertical dels pols) com els satel·lits geoestacionaris (que giren amb la mateixa velocitat angular que la Terra, a uns 36 000 km) son proveits de radiometres capacos de captar la radiacio reflectida per la Terra en distints dominis de l’espectre electromagnetic. Aixo fa que sigui possible disposar d’imatges de la cobertora nuvolosa de la superficie del planeta, la qual cosa permet identificar-la i obtenir-ne l’evolucio temporal, que tanta importancia te en la prediccio del temps. Ultra aquesta informacio, els satel·lits proporcionen dades de vent en la troposfera i, gracies a la teledeteccio activa, son capacos de determinar perfils de temperatura i humitat cada cop mes fiables. Si el progres experimentat els ultims temps en el camp de l’observacio meteorologica ha estat espectacular, no menys extraordinari ha resultat l’avenc en els metodes utilitzats en la prediccio del temps els darrers quaranta anys. Ates que l’atmosfera es un medi continu, els fenomens que hi tenen lloc abracen un ampli espectre d’escales de moviment: des de les atomiques i moleculars fins a les corresponents a les grans ones planetaries, les longituds d’ona de les quals son de l’ordre de 10.000 km. Els remolins d’aire que es formen a sotavent de petits obstacles, els tornados, els cumulonimbes, els huracans, les borrasques de les nostres latituds i els anticiclons son alguns exemples de manifestacions les escales de les quals es troben entre les dues anteriors.

La principal dificultat de la prediccio meteorologica radica en la impossibilitat d’aillar qualsevol d’aquestes organitzacions de la resta de la circulacio atmosferica. Hom tracta, doncs, d’estudiar el moviment en el seu conjunt, ja que existeix una continua interaccio entre sistemes corresponents a escales de moviment diferents. El problema sembla que quedaria resolt en aplicar les lleis que regeixen el moviment d’un fluid en el camp gravitatori terrestre. Aixo no obstant, la complexitat del sistema d’equacions que resulta fa que hom no conegui una solucio analitica exacta. Per tant, hom ha de resoldre el sistema de manera aproximada, utilitzant metodes numerics apropiats. Ates el nombre de variables que hi intervenen i les enormes dimensions del sistema que hom estudia, el nombre d’operacions matematiques necessaries es tan extraordinariament elevat que el problema nomes ha pogut esser resolt amb l’arribada de l’ordinador. No obstant aixo, hom realitza el primer intent de resoldre les equacions del temps per un metode numeric molt abans, quan ni tan sols somiava amb la possibilitat que una maquina pogues resoldre operacions aritmetiques de manera automatica. Fou cap a l’any 1920 que el fisic angles Lewis Fry Richardson (1881-1953) aplica el metode de diferencies finites per a trobar solucions aproximades a les equacions diferencials que regeixen el comportament de l’atmosfera. Richardson escolli una porcio d’atmosfera de 1.000 x 1.000 km 2 aproximadament i establi un malla d’uns 200 km de costat en la horitzontal i cinc nivells en la vertical. Partint de les dades de vent, pressio, densitat, etc., en certs punts d’aquesta xarxa i aplicant el metode esmentat, arriba a calcular la pressio que existiria en el punt mitja sis hores mes tard. Encara que el resultat hagues estat encertat ?fet que no ocorregue per diverses causes dificils d’analitzar aqui?, el metode no podria haver-se aplicat en aquell moment per a predir el temps de manera rutinaria, ja que, com el mateix Richardson comenta en el seu llibre Weather Prediction by Numerical Process (1922), hauria estat necessari disposar d’un conjunt de 64 000 calculadors rapids per a resoldre el sistema d’equacions en una area extensa (ell inverti forca setmanes a calcular la pressio en un sol punt).

Hague de transcorrer un quart de segle perque hom planteges de nou el problema. Fou a la conferencia de meteorologia celebrada a Princeton (Nova Jersey) l’agost de l’any 1946, la qual reuni els mes prestigiosos cientifics de l’epoca en el camp de la meteorologia, on hom proposa la creacio d’un grup que tractes d’elaborar el que seria la primera prediccio del temps per metodes numerics. El marc de 1950 a Aberdeen (Maryland) un grup de meteorolegs d’anomenada, entre els quals es trobaven Charney, Platzman, Fj?rtoft i Smagorinsky dirigits per John von Neumann (un dels dissenyadors de l’ordinador electronic) aconsegui predir amb notable exit el mapa meteorologic de la superficie de 500 hPa previst per a 24 hores. Havien plantejat un model molt simple d’atmosfera (model barotropic) d’un sol nivell, que integraren numericament utilitzant la primera computadora electronica: l’ENIAC ( Electronic Numerical Integrator and Computer ). Al final de la decada dels cinquanta i al llarg dels anys seixanta, la prediccio del temps per metodes numerics experimenta un important progres tant als EUA com a Europa, on l’institut de meteorologia de la Universitat d’Estocolm tingue especial protagonisme. Des del primer pronostic fins avui han passat quatre decades en les quals hom ha anat perfeccionant progressivament els models utilitzats: del senzill esquema atmosferic d’un sol nivell hom ha arribat als que contemplen mes de 15 capes en la vertical i tenen en compte l’orografia, les linies de costa, la temperatura del mar i la intensitat de la llum terrestre, entre molts altres factors. Amb tot aixo, dia a dia, es va millorant la prediccio. Aixi, mentre que en els anys seixanta els pronostics a dos dies presentaven uns percentatges d’exit del 80% i solament del 50% per a quatre dies, en la decada dels vuitanta hom aconseguia el 80% d’exit per a tres dies i mig i el 50% per a sis dies i mig. Avui, en qualsevol oficina meteorologica, hom pot rebre els pronostics a deu dies que elabora el Centre Europeu de Prediccio a Termini Mitja, els quals, juntament amb les imatges obtingudes pels satel·lits meteorologics, son de gran ajut a l’hora d’elaborar i difondre els comunicats sobre l’estat previst del temps. Malgrat l’espectacular progres d’aquesta ciencia els ultims temps, els experts coincideixen en la idea que la predictibilitat de l’atmosfera te un limit natural imposat, d’una banda, per les inevitables imperfeccions del model escollit, i pels metodes utilitzats per a resoldre-ho, i, de l’altra, pels errors comesos en determinar l’estat inicial de l’atmosfera. Aquests son condicionats per l’estructura de la xarxa mundial d’observacio meteorologica, la qual, com es logic, no pot multiplicar indefinidament el nombre de punts d’observacio.

Els estudis meteorologics als Paisos Catalans

A partir del redrec del segle XVIII, alguns cientifics catalans comencaren a recollir regularment dades meteorologiques. Hom comenca a realitzar mesures de forma sistematica d’enca de la creacio de la Conferencia Fisicomatematica Experimental, nucli fundacional de l’Academia de Ciencies i Arts de Barcelona. Durant la primera meitat del segle XIX la meteorologia gaudi d’una notable popularitzacio gracies a la publicacio regular, en molts diaris, de dades meteorologiques. Sota l’impuls de la Renaixenca, la meteorologia fou conreada per les agrupacions excursionistes i per d’altres entitats de cultura. Hom instal·la observatoris primitius al Turo de l’Home i a Sant Jeroni de Montserrat (1880). D’altra banda, comencaren a publicar-se revistes com Cronica Cientifica ?(1879-92) i La Atmosfera ?(1892), aquesta darrera dedicada exclusivament a la informacio meteorologica. El 1894, H. Gorria crea la Xarxa Pluviometrica de Catalunya i Balears en la qual a partir del 1895 participa Eduard Fontsere i el 1896 Rafael Patxot i Jubert crea l’anomenada Xarxa Patxot. Coincidint amb la fundacio de la Societat Astronomica de Barcelona (1910) i de la Societat Astronomica d’Espanya i America (1911), Fontsere inicia el 1910 la publicacio de la primera carta del temps . El 1913, amb l’ajut de l’IEC, crea la primera estacio aerologica, on, ajudat per Polit, Jardi, Alvarez Castrillon i Campo, feu els primers sondeigs de les altes capes de l’atmosfera amb balo sonda. Aquest fou el nucli del Servei Meteorologic de Catalunya , de vida curta (1921-39), pero que efectua una tasca fonamental en tots els camps de la meteorologia, com es dedueix del fet que publica les seves Notes d’Estudi i que participa en l’elaboracio de l' Atlas Internacional de Nuvols . Cal destacar la publicacio de l' Atlas pluviometric de Catalunya (1930) de Joaquim Febrer, i la invencio del pluviograf d’intensitats Jardi . Impulsat per aquest nucli, el menorqui Hernandez dugue a terme nombrosos estudis sobre la meteorologia menorquina, que continua Jansa tot estenent-los a la resta de les Illes i al Pais Valencia. A Catalunya, d’enca del 1939, l’Observatori Fabra ha continuat les observacions sistematiques, alhora que des de la catedra de fisica de l’aire de la Universitat de Barcelona hom ha propagat la moderna meteorologia cientifica.