Meteorología

Los primeros intentos de predecir el tiempo a menudo estaban relacionados con la profecía y la adivinación , y a veces se basaban en ideas astrológicas. Las religiones antiguas creían que los fenómenos meteorológicos estaban bajo el control de los dioses. ^{[ 8 ]} La capacidad de predecir lluvias e inundaciones basándose en ciclos anuales fue evidentemente utilizada por los humanos al menos desde la época de los asentamientos agrícolas, si no antes. Los primeros enfoques para predecir el tiempo se basaban en la astrología y eran practicados por sacerdotes. Los egipcios tenían rituales para invocar la lluvia ya alrededor del 3500 a. C. ^{[ 8 ]}

Los antiguos Upanishads indios contienen menciones de nubes y estaciones . ^{[ 9 ]} El Samaveda menciona sacrificios que debían realizarse cuando se observaban ciertos fenómenos. ^{[ 10 ]} La obra clásica de Varāhamihira , Brihatsamhita , escrita alrededor del año 500 d. C., ^{[ 9 ]} proporciona evidencia de observación del clima.

Las inscripciones cuneiformes en las tablillas babilónicas incluían asociaciones entre el trueno y la lluvia. Los caldeos diferenciaban los halos de 22° y 46° . ^{[ 10 ]}

Los antiguos griegos fueron los primeros en formular teorías sobre el clima. Muchos filósofos naturales estudiaron el clima. Sin embargo, como no existían instrumentos meteorológicos , la investigación fue en gran medida cualitativa y solo podía juzgarse mediante especulaciones teóricas más generales. ^{[ 8 ] : 8} Heródoto afirma que Tales predijo el eclipse solar del 585 a. C. Estudió las tablas de equinoccios babilónicas. ^{[ 8 ] : 11} Según Séneca , explicó que la causa de las inundaciones anuales del Nilo se debía a los vientos del norte que impedían su descenso por el mar. ^{[ 8 ] : 4} Anaximandro y Anaxímenes pensaban que los truenos y relámpagos eran causados ​​por el aire chocando contra la nube, encendiendo así la llama. Las primeras teorías meteorológicas generalmente consideraban que había una sustancia similar al fuego en la atmósfera. Anaximandro definió el viento como un flujo de aire, pero esto no fue generalmente aceptado durante siglos. ^{[ 8 ] : 5} Una teoría para explicar el granizo de verano fue propuesta por primera vez por Anaxágoras . Observó que la temperatura del aire disminuía con la altitud y que las nubes contenían humedad. También notó que el calor hacía que los objetos ascendieran, y por lo tanto, el calor de un día de verano impulsaría las nubes a una altitud donde la humedad se congelaría. ^{[ 8 ] : 6} Empédocles teorizó sobre el cambio de las estaciones. Creía que el fuego y el agua se oponían en la atmósfera, y cuando el fuego predominaba, el resultado era el verano, y cuando lo hacía el agua, era el invierno. Demócrito también escribió sobre la inundación del Nilo. Dijo que la nieve en las partes septentrionales del mundo se derretía durante el solsticio de verano. Esto provocaría que los vapores formaran nubes, que causarían tormentas al ser arrastradas hacia el Nilo por los vientos del norte, llenando así los lagos y el Nilo. ^{[ 8 ] : 8} Hipócrates investigó el efecto del clima en la salud. Eudoxo afirmó que el mal tiempo seguía a períodos de cuatro años, según Plinio. ^{[ 8 ] : 9}

Estas primeras observaciones sentarían las bases de la Meteorología de Aristóteles , escrita en el 350 a. C. ^{[ 8 ] : 11 [ 11 ]} Aristóteles es considerado el fundador de la meteorología. ^{[ 12 ]} Uno de los logros más impresionantes descritos en la Meteorología es la descripción de lo que hoy se conoce como el ciclo hidrológico . Su obra seguiría siendo una autoridad en meteorología durante casi 2000 años. ^{[ 13 ]}

El tratado Sobre el Universo (compuesto antes del 250 a. C. o entre el 350 y el 200 a. C.) señalaba: ^{[ 14 ]}

Si el cuerpo luminoso se incendia y se precipita violentamente hacia la tierra, se le llama rayo; si es solo la mitad fuego, pero también violento y masivo, se le llama meteoro; si está completamente libre de fuego, se le llama rayo humeante. A todos se les llama "rayos descendentes" porque se abalanzan sobre la tierra. A veces, el rayo es humeante y se le llama "rayo latente"; a veces se desplaza rápidamente y se le llama "vívido"; otras veces viaja en líneas sinuosas y se le llama "rayo bifurcado"; cuando se abalanza sobre algún objeto, se le llama "rayo descendente".

Después de Aristóteles, el progreso en meteorología se estancó durante mucho tiempo. Teofrasto compiló un libro sobre predicción del tiempo, llamado el Libro de los Signos , así como Sobre los Vientos . Dio cientos de signos para los fenómenos meteorológicos para un período de hasta un año. ^{[ 8 ] : 25} Su sistema se basaba en dividir el año por la puesta y la salida de las Pléyades, mitades en solsticios y equinoccios, y la continuidad del tiempo para esos períodos. También dividió los meses en luna nueva, cuarto día, octavo día y luna llena, según la probabilidad de que ocurriera un cambio en el tiempo. El día se dividió en amanecer, media mañana, mediodía, media tarde y atardecer, con divisiones correspondientes de la noche, siendo probable el cambio en una de estas divisiones. ^{[ 8 ] : 25} Aplicando las divisiones y un principio de equilibrio en el tiempo anual, llegó a pronósticos como que si cae mucha lluvia en invierno, la primavera suele ser seca. En su obra también se encuentran reglas basadas en las acciones de los animales, como la de que si un perro rueda por el suelo, es señal de tormenta. Las estrellas fugaces y la Luna también se consideraban significativas. Sin embargo, no intentó explicar estos fenómenos, limitándose a recurrir al método aristotélico. ^{[ 8 ] : 26} La obra de Teofrasto siguió siendo una influencia dominante en la predicción meteorológica durante casi 2000 años. ^{[ 15 ]}

La meteorología siguió estudiándose y desarrollándose a lo largo de los siglos, pero no fue hasta el Renacimiento, entre los siglos XIV y XVII, cuando se produjeron avances significativos en este campo. Científicos como Galileo y Descartes introdujeron nuevos métodos e ideas, lo que dio lugar a la revolución científica en meteorología.

Las especulaciones sobre la causa de las inundaciones del Nilo terminaron cuando Eratóstenes , según Proclo , afirmó que se sabía que el hombre había ido a las fuentes del Nilo y observado las lluvias, aunque el interés por sus implicaciones persistió. ^{[ 8 ] : 26}

Durante la época de la Grecia romana y Europa, el interés científico por la meteorología disminuyó. En el siglo I a. C., la mayoría de los filósofos naturales afirmaban que las nubes y los vientos se extendían hasta 111 millas, pero Posidonio pensaba que llegaban hasta cinco millas, después de las cuales el aire era claro, líquido y luminoso. Siguió de cerca las teorías de Aristóteles. A finales del siglo II a. C., el centro de la ciencia se trasladó de Atenas a Alejandría , sede de la antigua Biblioteca de Alejandría . En el siglo II d. C., el Almagesto de Ptolomeo trató sobre meteorología, ya que se consideraba una subdisciplina de la astronomía. Ofreció varias predicciones astrológicas del tiempo. ^{[ 8 ] : 27} Construyó un mapa del mundo dividido en zonas climáticas según su iluminación, en el que la duración del solsticio de verano aumentaba media hora por zona entre el ecuador y el Ártico. ^{[ 8 ] : 28} Ptolomeo escribió sobre la refracción atmosférica de la luz en el contexto de las observaciones astronómicas. ^{[ 16 ]}

En el año 25 d. C., Pomponio Mela , geógrafo romano, formalizó el sistema de zonas climáticas. ^{[ 17 ]} En el año 63-64 d. ​​C., Séneca escribió Naturales quaestiones . Fue una recopilación y síntesis de teorías de la antigua Grecia. Sin embargo, la teología era de suma importancia para Séneca, y creía que fenómenos como los relámpagos estaban ligados al destino. ^{[ 8 ] : 29} El segundo libro (capítulo) de la Historia Natural de Plinio el Viejo trata sobre meteorología. Afirma que más de veinte autores griegos antiguos estudiaron meteorología. No hizo ninguna contribución personal, y el valor de su obra reside en preservar especulaciones anteriores, al igual que la obra de Séneca. ^{[ 8 ] : 30}

Entre los años 400 y 1100, el saber científico en Europa fue preservado por el clero. Isidoro de Sevilla dedicó considerable atención a la meteorología en sus obras Etymologiae , De ordine creaturum y De natura rerum . Beda el Venerable fue el primer inglés en escribir sobre el clima en De natura rerum en el año 703. Esta obra era un resumen de las fuentes clásicas existentes en aquel entonces. Sin embargo, las obras de Aristóteles se perdieron en gran parte hasta el siglo XII, incluyendo Meteorologica . Isidoro y Beda tenían una mentalidad científica, pero se adhirieron a la letra de las Escrituras . ^{[ 8 ] : 30}

La civilización islámica tradujo muchas obras antiguas al árabe, las cuales fueron transmitidas y traducidas al latín en Europa occidental. ^{[ 8 ] : 31}

En el siglo IX, Al-Dinawari escribió el Kitab al-Nabat (Libro de las Plantas), en el que aborda la aplicación de la meteorología a la agricultura durante la Revolución Agrícola Árabe . Describe las características meteorológicas del cielo, los planetas y las constelaciones , el sol y la luna , las fases lunares que indican las estaciones y las lluvias, los anwa ( cuerpos celestes de la lluvia) y fenómenos atmosféricos como vientos, truenos, relámpagos, nieve, inundaciones, valles, ríos y lagos. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

En 1021, Alhazen demostró que la refracción atmosférica también es responsable del crepúsculo en el Opticae thesaurus ; estimó que el crepúsculo comienza cuando el sol está 19 grados por debajo del horizonte , y también utilizó una determinación geométrica basada en esto para estimar la altura máxima posible de la atmósfera terrestre en 52.000 passim (aproximadamente 49 millas o 79  km). ^{[ 20 ]}

Adelardo de Bath fue uno de los primeros traductores de los clásicos. También abordó temas meteorológicos en sus Quaestiones naturales . Creía que el aire denso producía propulsión en forma de viento. Explicaba los truenos diciendo que se debían a la colisión del hielo en las nubes, y que en verano se derretía. En el siglo XIII, las teorías aristotélicas restablecieron el dominio en la meteorología. Durante los siguientes cuatro siglos, la obra meteorológica consistió principalmente en comentarios . Se estima que se escribieron más de 156 comentarios sobre la Meteorologica antes de 1650. ^{[ 8 ] : 22}

La evidencia experimental era menos importante que la apelación a los clásicos y la autoridad en el pensamiento medieval. En el siglo XIII, Roger Bacon abogó por la experimentación y el enfoque matemático. En su Opus majus , siguió la teoría de Aristóteles sobre la atmósfera compuesta de agua, aire y fuego, complementada con óptica y pruebas geométricas. Observó que las zonas climáticas de Ptolomeo debían ajustarse a la topografía . ^{[ 8 ] : 33}

Alberto Magno fue el primero en proponer que cada gota de lluvia que caía tenía la forma de una pequeña esfera, y que esta forma significaba que el arco iris se producía por la interacción de la luz con cada gota de lluvia. ^{[ 21 ]} Roger Bacon fue el primero en calcular el tamaño angular del arco iris. Afirmó que la cima de un arco iris no puede aparecer a más de 42 grados sobre el horizonte. ^{[ 22 ]}

A finales del siglo XIII y principios del siglo XIV, Kamāl al-Dīn al-Fārisī y Teodorico de Freiberg fueron los primeros en dar las explicaciones correctas del fenómeno del arco iris primario . Teodorico fue más allá y también explicó el arco iris secundario. ^{[ 23 ]}

A mediados del siglo XVI, la meteorología se había desarrollado en dos vertientes: la ciencia teórica basada en la Meteorologica y la predicción astrológica del tiempo. La predicción pseudocientífica mediante signos naturales se popularizó y gozó de la protección de la Iglesia y los príncipes. Científicos como Regiomontanus , Leonard Digges y Johannes Kepler apoyaron esta práctica . Sin embargo, también hubo escépticos. En el siglo XIV, Nicole Oresme creía que la predicción meteorológica era posible, pero que las reglas para ello eran desconocidas en aquel entonces. La influencia astrológica en la meteorología persistió hasta el siglo XVIII. ^{[ 8 ] : 33}

La obra De Subiliate (1550) de Gerolamo Cardano fue la primera en cuestionar aspectos fundamentales de la teoría aristotélica. Cardano sostenía que solo existían tres elementos básicos: tierra, aire y agua. Descartaba el fuego porque necesitaba materia para propagarse y no producía nada. Cardano creía que existían dos tipos de aire: aire libre y aire confinado. El primero destruía las cosas inanimadas y preservaba las animadas, mientras que el segundo tenía el efecto contrario. ^{[ 8 ] : 36}

El Discurso del Método de René Descartes (1637) tipifica el inicio de la revolución científica en meteorología. Su método científico se basaba en cuatro principios: no aceptar jamás nada a menos que se supiera con certeza que era verdadero; dividir cada problema difícil en problemas más pequeños para abordarlos; proceder de lo simple a lo complejo, buscando siempre relaciones; y ser lo más completo y exhaustivo posible, sin prejuicios. ^{[ 8 ] : 37}

En el apéndice Les Meteores , aplicó estos principios a la meteorología. Analizó los cuerpos terrestres y los vapores que se originan a partir de ellos, y procedió a explicar la formación de nubes a partir de gotas de agua y vientos, y cómo estas se disuelven en lluvia, granizo y nieve. También analizó los efectos de la luz en el arco iris. Descartes planteó la hipótesis de que todos los cuerpos estaban compuestos de pequeñas partículas de diferentes formas y entrelazadas. Todas sus teorías se basaron en esta hipótesis. Explicó que la lluvia se produce cuando las nubes se vuelven demasiado grandes para que el aire las contenga, y que las nubes se convierten en nieve si el aire no está lo suficientemente caliente para derretirlas, o en granizo si se encuentran con vientos más fríos. Al igual que sus predecesores, el método de Descartes era deductivo, ya que los instrumentos meteorológicos aún no estaban desarrollados ni se utilizaban ampliamente. Introdujo el sistema de coordenadas cartesianas en la meteorología y destacó la importancia de las matemáticas en las ciencias naturales. Su obra estableció la meteorología como una rama legítima de la física. ^{[ 8 ] : 37}

En el siglo XVIII, la invención del termómetro y el barómetro permitió mediciones más precisas de la temperatura y la presión, lo que condujo a una mejor comprensión de los procesos atmosféricos. Este siglo también vio el nacimiento de la primera sociedad meteorológica, la Societas Meteorologica Palatina, en 1780. ^{[ 24 ]}

En el siglo XIX, los avances tecnológicos, como el telégrafo y la fotografía, propiciaron la creación de redes de observación meteorológica y la capacidad de rastrear tormentas. Además, los científicos comenzaron a utilizar modelos matemáticos para realizar predicciones meteorológicas. El siglo XX vio el desarrollo del radar y la tecnología satelital, lo que mejoró enormemente la capacidad de observar y rastrear sistemas meteorológicos. Asimismo, meteorólogos y científicos atmosféricos comenzaron a elaborar los primeros pronósticos meteorológicos y predicciones de temperatura. ^{[ 25 ]}

En los siglos XX y XXI, con la llegada de los modelos informáticos y el análisis de grandes datos, la meteorología se ha vuelto cada vez más dependiente de los métodos numéricos y las simulaciones por computadora. Esto ha mejorado notablemente la predicción meteorológica y climática. Además, la meteorología se ha expandido para incluir otras áreas como la calidad del aire, la química atmosférica y la climatología. El avance en las tecnologías de observación, teóricas y computacionales ha permitido predicciones meteorológicas cada vez más precisas y una mejor comprensión de los patrones climáticos y la contaminación del aire. En la actualidad, gracias al avance en la predicción meteorológica y la tecnología satelital, la meteorología se ha convertido en parte integral de la vida cotidiana y se utiliza para diversos fines, como la aviación, la agricultura y la gestión de desastres.

En 1441, el hijo del rey Sejong , el príncipe Munjong de Corea, inventó el primer pluviómetro estandarizado . ^{[ 26 ]} Estos se enviaron por toda la dinastía Joseon de Corea como una herramienta oficial para evaluar los impuestos sobre la tierra en función de la cosecha potencial de un agricultor. En 1450, Leone Battista Alberti desarrolló un anemómetro de placa oscilante , y fue conocido como el primer anemómetro . ^{[ 27 ]} En 1607, Galileo Galilei construyó un termoscopio . En 1611, Johannes Kepler escribió el primer tratado científico sobre cristales de nieve: "Strena Seu de Nive Sexangula (Un regalo de Año Nuevo de nieve hexagonal)". ^{[ 28 ]} En 1643, Evangelista Torricelli inventó el barómetro de mercurio . ^{[ 27 ]} En 1662, Sir Christopher Wren inventó el pluviómetro mecánico de cubeta basculante con autovaciado. En 1714, Gabriel Fahrenheit creó una escala confiable para medir la temperatura con un termómetro de mercurio . ^{[ 29 ]} En 1742, Anders Celsius , un astrónomo sueco, propuso la escala de temperatura "centígrada", predecesora de la escala Celsius actual . ^{[ 30 ]} En 1783, Horace-Bénédict de Saussure demostró el primer higrómetro de cabello . En 1802-1803, Luke Howard escribió Sobre la modificación de las nubes , en la que asigna nombres latinos a los tipos de nubes . ^{[ 31 ]} En 1806, Francis Beaufort introdujo su sistema para clasificar las velocidades del viento . ^{[ 32 ]} Cerca de finales del siglo XIX se publicaron los primeros atlas de nubes , incluido el Atlas Internacional de Nubes , que se ha mantenido impreso desde entonces. El lanzamiento en abril de 1960 del primer satélite meteorológico exitoso , TIROS-1 , marcó el comienzo de la era en la que la información meteorológica estuvo disponible globalmente.

En 1648, Blaise Pascal redescubrió que la presión atmosférica disminuye con la altura y dedujo que hay un vacío sobre la atmósfera. ^{[ 33 ]} En 1738, Daniel Bernoulli publicó Hidrodinámica , iniciando la teoría cinética de los gases y estableciendo las leyes básicas para la teoría de los gases. ^{[ 34 ]} En 1761, Joseph Black descubrió que el hielo absorbe calor sin cambiar su temperatura al derretirse. En 1772, el estudiante de Black, Daniel Rutherford, descubrió el nitrógeno , al que llamó aire flogistizado , y juntos desarrollaron la teoría del flogisto . ^{[ 35 ]} En 1777, Antoine Lavoisier descubrió el oxígeno y desarrolló una explicación para la combustión. ^{[ 36 ]} En 1783, en el ensayo de Lavoisier "Reflexiones sobre el flogisto", ^{[ 37 ]} desaprueba la teoría del flogisto y propone una teoría calórica . ^{[ 38 ] [ 39 ]} En 1804, John Leslie observó que una superficie negra mate irradia calor de manera más efectiva que una superficie pulida, lo que sugiere la importancia de la radiación de cuerpo negro . En 1808, John Dalton defendió la teoría calórica en Un nuevo sistema de química y describió cómo se combina con la materia, especialmente los gases; propuso que la capacidad calorífica de los gases varía inversamente con el peso atómico . En 1824, Sadi Carnot analizó la eficiencia de las máquinas de vapor utilizando la teoría calórica; desarrolló la noción de un proceso reversible y, al postular que tal cosa no existe en la naturaleza, sentó las bases para la segunda ley de la termodinámica . En 1716, Edmond Halley sugirió que las auroras son causadas por "efluvios magnéticos" que se mueven a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra .

En 1494, Cristóbal Colón experimentó un ciclón tropical, lo que dio lugar al primer relato escrito europeo de un huracán. ^{[ 40 ]} En 1686, Edmond Halley presentó un estudio sistemático de los vientos alisios y los monzones e identificó el calentamiento solar como la causa de los movimientos atmosféricos. ^{[ 41 ]} En 1735, George Hadley escribió una explicación ideal de la circulación global a través del estudio de los vientos alisios . ^{[ 42 ]} En 1743, cuando Benjamin Franklin no pudo ver un eclipse lunar debido a un huracán , decidió que los ciclones se mueven de manera contraria a los vientos en su periferia. ^{[ 43 ]} La comprensión de la cinemática de cómo exactamente la rotación de la Tierra afecta el flujo de aire fue parcial al principio. Gaspard-Gustave Coriolis publicó un artículo en 1835 sobre el rendimiento energético de las máquinas con partes giratorias, como las ruedas hidráulicas. ^{[ 44 ]} En 1856, William Ferrel propuso la existencia de una célula de circulación en las latitudes medias, y el aire dentro de ella desviado por la fuerza de Coriolis resultando en los vientos predominantes del oeste. ^{[ 45 ]} A finales del siglo XIX, se entendió que el movimiento de las masas de aire a lo largo de las isobaras era el resultado de la interacción a gran escala de la fuerza del gradiente de presión y la fuerza de deflexión. Para 1912, esta fuerza de deflexión fue denominada efecto Coriolis. ^{[ 46 ]} Justo después de la Primera Guerra Mundial, un grupo de meteorólogos en Noruega liderado por Vilhelm Bjerknes desarrolló el modelo de ciclón noruego que explica la generación, intensificación y decaimiento final (el ciclo de vida) de los ciclones de latitudes medias , e introdujo la idea de frentes , es decir, límites claramente definidos entre masas de aire . ^{[ 47 ]} El grupo incluía a Carl-Gustaf Rossby (quien fue el primero en explicar el flujo atmosférico a gran escala en términos de dinámica de fluidos ), Tor Bergeron (quien determinó por primera vez cómo se forma la lluvia) y Jacob Bjerknes .

A finales del siglo XVI y la primera mitad del siglo XVII se inventaron diversos instrumentos meteorológicos: el termómetro , el barómetro , el hidrómetro , así como los pluviómetros y anemómetros. En la década de 1650, los filósofos naturales comenzaron a utilizar estos instrumentos para registrar sistemáticamente las observaciones meteorológicas. Las academias científicas establecieron diarios meteorológicos y organizaron redes de observación. ^{[ 48 ]} En 1654, Fernando II de Médici estableció la primera red de observación meteorológica , que constaba de estaciones meteorológicas en Florencia , Cutigliano , Vallombrosa , Bolonia , Parma , Milán , Innsbruck , Osnabrück , París y Varsovia . Los datos recopilados se enviaban a Florencia a intervalos regulares. ^{[ 49 ]} En la década de 1660, Robert Hooke de la Royal Society de Londres patrocinó redes de observadores meteorológicos. El tratado de Hipócrates , Aire, Agua y Lugar, había vinculado el clima con las enfermedades. Así, los primeros meteorólogos intentaron correlacionar los patrones climáticos con los brotes epidémicos y el clima con la salud pública. ^{[ 48 ]}

Durante la Ilustración, la meteorología intentó racionalizar la sabiduría popular sobre el clima, incluyendo la meteorología astrológica. Pero también hubo intentos de establecer una comprensión teórica de los fenómenos meteorológicos. Edmond Halley y George Hadley intentaron explicar los vientos alisios . Argumentaron que la masa ascendente de aire caliente del ecuador es reemplazada por una entrada de aire más frío proveniente de latitudes altas. Un flujo de aire cálido a gran altitud desde el ecuador hacia los polos, a su vez, estableció una imagen temprana de la circulación atmosférica. La frustración por la falta de disciplina entre los observadores meteorológicos y la mala calidad de los instrumentos llevó a los primeros estados-nación de la Edad Moderna a organizar grandes redes de observación. Así, a finales del siglo XVIII, los meteorólogos tenían acceso a grandes cantidades de datos meteorológicos fiables. ^{[ 48 ]} En 1832, el barón Schilling creó un telégrafo electromagnético . ^{[ 50 ]} La llegada del telégrafo eléctrico en 1837 proporcionó, por primera vez, un método práctico para recopilar rápidamente observaciones meteorológicas de superficie de una amplia zona. ^{[ 51 ]}

Estos datos podrían usarse para producir mapas del estado de la atmósfera para una región cercana a la superficie terrestre y para estudiar cómo evolucionaron estos estados a lo largo del tiempo. Para hacer pronósticos meteorológicos frecuentes basados ​​en estos datos se requería una red confiable de observaciones, pero no fue hasta 1849 que la Institución Smithsonian comenzó a establecer una red de observación en todo Estados Unidos bajo el liderazgo de Joseph Henry . ^{[ 52 ]} Redes de observación similares se establecieron en Europa en ese momento. El reverendo William Clement Ley fue clave en la comprensión de las nubes cirros y los primeros conocimientos sobre las corrientes en chorro . ^{[ 53 ]} Charles Kenneth Mackinnon Douglas , conocido como 'CKM' Douglas, leyó los trabajos de Ley después de su muerte y continuó el estudio inicial de los sistemas meteorológicos. ^{[ 54 ]} Los investigadores en meteorología del siglo XIX provenían de entornos militares o médicos, en lugar de haber sido formados como científicos dedicados. ^{[ 55 ]} En 1854, el gobierno del Reino Unido nombró a Robert FitzRoy para el nuevo cargo de Estadístico Meteorológico de la Junta de Comercio con la tarea de recopilar observaciones meteorológicas en el mar. La oficina de FitzRoy se convirtió en la Oficina Meteorológica del Reino Unido en 1854, el segundo servicio meteorológico nacional más antiguo del mundo (la Institución Central de Meteorología y Geodinámica (ZAMG) en Austria fue fundada en 1851 y es el servicio meteorológico más antiguo del mundo). Los primeros pronósticos meteorológicos diarios realizados por la Oficina de FitzRoy se publicaron en el periódico The Times en 1860. Al año siguiente se introdujo un sistema para izar conos de advertencia de tormenta en los principales puertos cuando se esperaba un vendaval.

FitzRoy acuñó el término "pronóstico del tiempo" e intentó separar los enfoques científicos de los proféticos. ^{[ 56 ]}

Durante los siguientes 50 años, muchos países establecieron servicios meteorológicos nacionales. El Departamento Meteorológico de la India (1875) se estableció para monitorear los ciclones tropicales y el monzón . ^{[ 57 ]} La Oficina Meteorológica Central de Finlandia (1881) se formó a partir de una parte del Observatorio Magnético de la Universidad de Helsinki . ^{[ 58 ]} El Observatorio Meteorológico de Tokio de Japón, precursor de la Agencia Meteorológica de Japón , comenzó a construir mapas meteorológicos de superficie en 1883. ^{[ 59 ]} La Oficina Meteorológica de los Estados Unidos (1890) se estableció bajo el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos . La Oficina de Meteorología de Australia (1906) se estableció mediante una Ley de Meteorología para unificar los servicios meteorológicos estatales existentes. ^{[ 60 ] [ 61 ]}

En 1904, el científico noruego Vilhelm Bjerknes argumentó por primera vez en su artículo " La predicción meteorológica como un problema de mecánica y física" que debería ser posible predecir el tiempo a partir de cálculos basados ​​en leyes naturales . ^{[ 62 ] [ 63 ]}

No fue hasta finales del siglo XX que los avances en la comprensión de la física atmosférica llevaron a la base de la predicción numérica moderna del tiempo . En 1922, Lewis Fry Richardson publicó "Weather Prediction By Numerical Process" ^{[ 64 ]} después de encontrar notas y derivaciones en las que trabajó como conductor de ambulancias en la Primera Guerra Mundial. Describió cómo se podían despreciar los términos pequeños en las ecuaciones de dinámica de fluidos pronósticas que rigen el flujo atmosférico, y un esquema de cálculo numérico que se podía idear para permitir predicciones. Richardson imaginó un gran auditorio con miles de personas realizando los cálculos. Sin embargo, la enorme cantidad de cálculos requeridos era demasiado grande para completarlos sin computadoras electrónicas, y el tamaño de la cuadrícula y los pasos de tiempo utilizados en los cálculos llevaron a resultados poco realistas. Aunque el análisis numérico posterior encontró que esto se debía a la inestabilidad numérica .

A partir de la década de 1950, las predicciones numéricas con computadoras se volvieron factibles. ^{[ 65 ]} Las primeras predicciones meteorológicas derivadas de esta manera utilizaron modelos barotrópicos (de un solo nivel vertical) y pudieron predecir con éxito el movimiento a gran escala de las ondas de Rossby de latitudes medias , es decir, el patrón de bajas y altas presiones atmosféricas . ^{[ 66 ]} En 1959, la Oficina Meteorológica del Reino Unido recibió su primera computadora, una Ferranti Mercury . ^{[ 67 ]}

En la década de 1960, Edward Lorenz observó y describió matemáticamente por primera vez la naturaleza caótica de la atmósfera , fundando así el campo de la teoría del caos . ^{[ 68 ]} Estos avances han llevado al uso actual de la predicción por conjuntos en la mayoría de los principales centros de predicción, para tener en cuenta la incertidumbre derivada de la naturaleza caótica de la atmósfera. ^{[ 69 ]} Se han desarrollado modelos matemáticos utilizados para predecir el clima a largo plazo de la Tierra ( modelos climáticos ) que tienen una resolución actual tan gruesa como la de los modelos de predicción meteorológica más antiguos. Estos modelos climáticos se utilizan para investigar cambios climáticos a largo plazo , como los posibles efectos causados ​​por la emisión humana de gases de efecto invernadero .

La meteorología a microescala estudia los fenómenos atmosféricos a una escala de aproximadamente 1 kilómetro (0,62 millas) o menos. Las tormentas eléctricas individuales, las nubes y la turbulencia local causada por edificios y otros obstáculos (como colinas individuales) se modelan a esta escala. ^{[ 76 ]} La meteorología a misoescala es una subdivisión informal. 

La meteorología de mesoescala es el estudio de los fenómenos atmosféricos que tienen escalas horizontales que van desde 1  km hasta 1000  km y una escala vertical que comienza en la superficie terrestre e incluye la capa límite atmosférica, la troposfera, la tropopausa y la sección inferior de la estratosfera . Los términos meso-alfa, meso-beta y meso-gamma para clasificar las escalas horizontales de los procesos atmosféricos fueron introducidos en el campo de la meteorología de mesoescala por Isidoro Orlanski . ^{[ 77 ]} Las escalas de tiempo de mesoescala duran desde menos de un día hasta varias semanas. Los eventos de interés típicos son las tormentas eléctricas , las líneas de turbonada , los frentes , las bandas de precipitación en ciclones tropicales y extratropicales , y los sistemas meteorológicos generados topográficamente, como las ondas orográficas y las brisas marinas y terrestres . ^{[ 78 ]}

La meteorología a escala sinóptica predice cambios atmosféricos a escalas de hasta 1000  km y 10⁵ ^s (2,8 días), tanto en el tiempo como en el espacio. A escala sinóptica, la aceleración de Coriolis que actúa sobre las masas de aire en movimiento (fuera de los trópicos) desempeña un papel dominante en las predicciones. Los fenómenos que suele describir la meteorología sinóptica incluyen eventos como ciclones extratropicales, vaguadas y crestas baroclínicas, zonas frontales y, en cierta medida, corrientes en chorro . Todos estos fenómenos se suelen representar en mapas meteorológicos para un momento específico. La escala horizontal mínima de los fenómenos sinópticos está limitada por la distancia entre las estaciones de observación de superficie . ^{[ 79 ]}

La meteorología a escala global estudia los patrones climáticos relacionados con el transporte de calor desde los trópicos a los polos . Las oscilaciones a gran escala son de gran importancia en este ámbito. Estas oscilaciones suelen tener periodos de tiempo del orden de meses, como la oscilación de Madden-Julian , o años, como la oscilación de El Niño-Sur y la oscilación decadal del Pacífico . La meteorología a escala global se adentra en el campo de la climatología. La definición tradicional de clima se extiende a escalas temporales mayores y, gracias a la comprensión de las oscilaciones globales a largo plazo, su efecto sobre el clima y las perturbaciones meteorológicas puede incluirse en las predicciones a escalas temporales sinópticas y mesoscópicas.

La predicción numérica del tiempo es un enfoque principal para comprender la interacción aire-mar, la meteorología tropical, la predictibilidad atmosférica y los procesos troposféricos/estratoféricos. ^{[ 80 ]} El Laboratorio de Investigación Naval en Monterey, California, desarrolló un modelo atmosférico global llamado Sistema Operativo de Predicción Atmosférica Global de la Armada (NOGAPS). NOGAPS se ejecuta operativamente en el Centro de Meteorología Numérica y Oceanografía de la Flota para las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos. Muchos otros modelos atmosféricos globales son ejecutados por agencias meteorológicas nacionales.

La predicción meteorológica consiste en la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir el estado de la atmósfera en un momento y lugar determinados. Los seres humanos han intentado predecir el tiempo de forma informal durante milenios y de forma formal desde al menos el siglo XIX. ^{[ 88 ] [ 89 ]} Las predicciones meteorológicas se realizan recopilando datos cuantitativos sobre el estado actual de la atmósfera y utilizando el conocimiento científico de los procesos atmosféricos para proyectar cómo evolucionará la atmósfera. ^{[ 90 ]}

Lo que antes era un esfuerzo exclusivamente humano basado principalmente en cambios en la presión barométrica , las condiciones meteorológicas actuales y las condiciones del cielo, ^{[ 91 ] [ 92 ]} ahora se utilizan modelos de pronóstico para determinar las condiciones futuras. Aún se requiere la intervención humana para elegir el mejor modelo de pronóstico posible en el que basar el pronóstico, lo que implica habilidades de reconocimiento de patrones, teleconexiones , conocimiento del rendimiento del modelo y conocimiento de los sesgos del modelo. La naturaleza caótica de la atmósfera, la enorme potencia computacional necesaria para resolver las ecuaciones que la describen, el error inherente a la medición de las condiciones iniciales y una comprensión incompleta de los procesos atmosféricos hacen que los pronósticos sean menos precisos a medida que aumenta la diferencia entre el tiempo actual y el tiempo para el que se realiza el pronóstico (el rango del pronóstico). El uso de conjuntos y el consenso de modelos ayudan a reducir el error y a elegir el resultado más probable. ^{[ 93 ] [ 94 ] [ 95 ]}

Existen diversos usos finales para los pronósticos meteorológicos. Las alertas meteorológicas son pronósticos importantes porque se utilizan para proteger vidas y propiedades. ^{[ 96 ]} Los pronósticos basados ​​en temperatura y precipitación son importantes para la agricultura, ^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]} y por lo tanto para los operadores de materias primas en los mercados bursátiles. Las compañías de servicios públicos utilizan los pronósticos de temperatura para estimar la demanda en los próximos días. ^{[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]} En el día a día, las personas utilizan los pronósticos meteorológicos para decidir qué ropa ponerse. Dado que las actividades al aire libre se ven severamente limitadas por la lluvia intensa, la nieve y el viento helado , los pronósticos pueden utilizarse para planificar actividades en torno a estos eventos, y para planificar con anticipación y sobrevivir a ellos.

La meteorología aeronáutica se ocupa del impacto del clima en la gestión del tráfico aéreo y las operaciones de vuelo. Es importante que las tripulaciones aéreas comprendan las condiciones meteorológicas que afectan la planificación del vuelo y la seguridad en vuelo. ^{[ 104 ]} Fenómenos meteorológicos como la turbulencia, la formación de hielo, las tormentas eléctricas y la visibilidad reducida son peligros importantes para la aviación y se incluyen en los programas de formación de pilotos estandarizados en todo el mundo. ^{[ 105 ]} En India, la Dirección General de Aviación Civil (DGCA) incluye la meteorología como asignatura obligatoria en los exámenes de licencia de piloto. ^{[ 106 ]}

Los meteorólogos, los edafólogos , los hidrólogos agrícolas y los agrónomos se dedican al estudio de los efectos del tiempo y el clima en la distribución de las plantas, el rendimiento de los cultivos , la eficiencia en el uso del agua, la fenología del desarrollo de plantas y animales, y el balance energético de los ecosistemas gestionados y naturales. A la inversa, les interesa el papel de la vegetación en el clima y el tiempo. ^{[ 107 ]}

La hidrometeorología es la rama de la meteorología que se ocupa del ciclo hidrológico , el balance hídrico y las estadísticas de precipitación de las tormentas . ^{[ 108 ]} Un hidrometeorólogo prepara y emite pronósticos de precipitación acumulada (cuantitativa), lluvias intensas, nevadas intensas y destaca las áreas con potencial de inundaciones repentinas. Por lo general, el rango de conocimientos requerido se superpone con la climatología, la meteorología mesoescala y sinóptica, y otras geociencias. ^{[ 109 ]}

La meteorología nuclear investiga la distribución de aerosoles y gases radiactivos en la atmósfera. ^{[ 110 ]}

La meteorología marítima se ocupa de los pronósticos de aire y oleaje para los buques que operan en el mar. Organizaciones como el Ocean Prediction Center , la oficina de pronósticos del Servicio Meteorológico Nacional de Honolulu , la Oficina Meteorológica del Reino Unido , el KNMI y la JMA elaboran pronósticos de alta mar para los océanos del mundo.

La meteorología militar es la investigación y aplicación de la meteorología con fines militares . En los Estados Unidos, el Comando de Meteorología y Oceanografía Naval de la Armada de los Estados Unidos supervisa las actividades meteorológicas de la Armada y el Cuerpo de Marines, mientras que la Agencia Meteorológica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos es responsable de la Fuerza Aérea y el Ejército .

La meteorología ambiental analiza principalmente la dispersión de la contaminación industrial desde un punto de vista físico y químico, basándose en parámetros meteorológicos como la temperatura, la humedad, el viento y diversas condiciones climáticas.

Las aplicaciones de la meteorología en las energías renovables incluyen la investigación básica, la "exploración" y la elaboración de mapas potenciales de la energía eólica y la radiación solar para la generación de energía eólica y solar.

• Glickman, Todd S. (junio de 2000). Glosario de meteorología (electrónico) (2.ª  ed.). Cambridge, Massachusetts: Sociedad Meteorológica Estadounidense . Archivado del original el 10 de marzo de 2014. Recuperado el 10 de marzo de 2014 .
• Gustavo Herrera, Roberto; García-Herrera, Ricardo; Prieto, Luis; Gállego, David; Hernández, Emiliano; Gimeno, Luis; Können, Gunther; Koek, Frits; Wheeler, Dennis; Wilkinson, Clive; Del Rosario Prieto, María; Báez, Carlos; Woodruff, Scott. Diccionario de términos meteorológicos náuticos: Diccionario multilingüe de términos meteorológicos CLIWOC; Diccionario inglés/español/francés/holandés de términos de fuerza eólica utilizados por los marineros de 1750 a 1850 (PDF) . CLIWOC . Archivado desde el original (PDF) el 21 de abril de 2021 . Consultado el 13 de abril de 2014 .
• "Enciclopedia de Meteorología" . Oficina Meteorológica Central. 6 de diciembre de 2018. Archivado del original el 21 de septiembre de 2014. Consultado el 14 de septiembre de 2014 .

• Lawrence-Mathers, Anne (2020). Meteorología medieval: Pronosticando el tiempo desde Aristóteles hasta el almanaque . Cambridge: Cambridge University Press. Bibcode : 2020mmfw.book.....L . doi : 10.1017/9781108289948 . ISBN 978-1-108-40600-0. S2CID 211658964 .