Presentación de PowerPoint - Unidad de Ciencias de la Atmósfera

TEMA 4: BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA EN LA TIERRA
Objetivos:
(1)
Describir el balance de energía global en la Tierra considerando la existencia de flujos de energía radiativos
y no radiativos (flujo de calor sensible y latente). Se tendrá en cuenta la existencia de una atmósfera que
absorbe parte de la radiación solar incidente y la existencia de una ventana atmósférica (cosa que no se
consideró en los dos modelos heurísticos considerados en el tema 3).
(2)
Analizar la dependencia latitudinal del balance energético global.
Contenidos:
1. Balance de energía global en el sistema climático de la Tierra.
1.
Dependencia latitudinal del balance energético radiativo
2. Distribución latitudinal de los diferentes flujos de energía en la superficie de la Tierra.
1.
2.
3.
Distribución latitudinal de la radiación de onda larga emitida por la superficie de la Tierra
Distribución latitudinal de la radiación solar incidente en la superficie de la Tierra
Distribución latitudinal de los flujos de calor latente y sensible
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
 Aunque la temperatura de cualquier lugar puede variar
considerablemente de un año para el, en general la
temperatura promedio global anual varía muy poco de un
año al siguiente  la tierra y su atmósfera (en conjunto)
deben enviar al espacio la misma cantidad de energía que
reciben del sol.   El mismo balance debe existir
entre la atm y la superficie.
------------------------------------Radiación directa: radiación solar que llega directamente al
suelo sin haber sido absorbida ni dispersada.
Radiación difusa: es la radiación solar que llega a la
superficie de la tierra después de haber sufrido múltiples
desviaciones a lo largo de su trayectoria por dispersión o
reflexión.
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
Supongamos que del sol nos llegan 100 unidades de
energía:
 El albedo planetario es del 30%
 4% es reflejado por la superficie de la tierra
 20% “ “
“ las nubes
 6% es reflejado por la atmósfera
LAS NUBES SON LAS QUE MÁS CONTRIBUYEN
AL ALBEDO PLANETARIO
 19 % son absorbidas por la atmósfera (fundamentalmente
ozono en la estratosfera, oxígeno y nitrógeno en la
termosfera, nubes en la troposfera)
 El resto, 51 %, llega a la superficie de la Tierra en forma
de radiación directa y difusa.
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
De las 70 unidades que entran, 19 son
absorbidas por la atmósfera y las nubes
51 unidades llegan a la superficie de la
tierra y son absorbidas por la misma
Nótese que la cantidad de energía
procedente del sol que absorbe la
superficie de la Tierra es el 50% (aprox)
de lo que llega a la cima de la atmósfera.
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
De las 51 unidades que llegan a la
superficie de la tierra, aproximadamente
unas 23 se emplean en evaporar agua, y
7 se pierden en forma de calor latente
(conducción y convección)
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
Por otro lado, en forma de radiación la
superficie de la Tierra pierde 117
unidades de las que 6 escapan
directamente hacia el espacio (ventana
atmosférica) y 111 son absorbidas por
los GHG (gases efecto invernadero 
principalmente vapor de agua, dióxido
de cabono) y las nubes.
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
De las 111 unidades de radiación
terrestre absorbidas por la atmósfera, 96
vuelven a ser reemitidas hacia la
superficie produciendo el efecto
invernadero.
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
De toda la energía que recibe la
superficie de la tierra, la cantidad que
absorbe procedente de los GHG es casi
el doble de la que recibe del sol.
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
Pero entre todos estos intercambios de
energía, nótese que la cantidad total de
energía que pierde la Tierra son 147
unidades y es balanceada por la energía
que gana (otras 147 unidades
procedentes sol + GHG).
Existe un balance energético en
superficie
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
Centrémonos ahora en la atmósfera:
 Ganancias: 7 (calor sensible) + 23
(calor latente) + 111 (radiación de
onda larga) +19 (radiación de onda
corta) = 160 unidades.
 Pérdidas: 64 (emisión IR hacia el
espacio) + 96 (emisión IR hacia la
superficie) = 160 unidades.
Ganancias = Pérdidas
Equilibrio energético
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
Cima de la atmósfera:
 Entra: 70 unidades
 Salen: 6 (ventana atmosférica) + 64
(radiación IR de los GHG) = 70.
Equilibrio energético radiativo
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
¿Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?
Tanto en la cima de la atmósfera, como
en la atmósfera, como en la superficie de
la Tierra: la misma cantidad de energía
que se pierde es la que se gana  existe
un balance de energía.
Fundamentalmente, no hay una ganancia
o pérdida neta de energía, por lo que la
temperatura de la Tierra y de la
atmósfera permanece aproximadamente
constante.
1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra
Dependencia latitudinal del balance de energía radiativo
Aunque la tierra y la atmósfera mantienen este balance de energía anualmente, tal balance no se mantiene en
cada latitud. Altas latitudes tienden a perder más energía de la que reciben del sol, mientras que las latitudes
bajas tienden a ganar más energía que la que pierden. El origen de este desajuste se encuentra en que la
radiación solar total incidente en la superficie de la Tierra depende de la latitud (sólo a 38ºN y 38ºS existe
equilibrio radiativo).
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
Niveles máximos en los subtrópicos continentales
(donde las altas presiones semipermanentes
conducen a cielos despejados y abundante
calentamiento de la superficie).
El flujo de calor sensible depende de las
diferencias de temperatura entre el aire y el la
superficie, y de la velocidad del viento.
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
Máximos sobre regiones dominadas por los anticiclones
subtropicales, donde hay cielos despejados, temperaturas
de la superficie del mar relativamente altas y mucha
evaporación.
En general, la evaporación en la superficie también es
abundante sobre las corrientes oceánicas cálidas del lado
oeste de los océanos.
Sobre los continentes, se producen máximos en la
superficie sobre la selva amazónica, la selva tropical de la
cuenca del Congo y la selva tropical del sudeste asiático,
donde los índices de evapotranspiración son elevados.
Los mínimos del flujo de calor latente en la superficie
coinciden con los desiertos subtropicales.
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de
la Tierra
Anexo
•
•
•
•
•
La Tierra se mueve alrededor del Sol en una órbita
elíptica, completando una vuelta cada 365 días aprox.
A su vez, en ese movimiento de traslación, la Tierra rota
sobre su eje, dando una vuelta por día.
La Distancia promedio Tierra – Sol es de 150 millones de
km
Pero como la órbita es elíptica y el sol no se encuentra
exactamente en el centro* de la elipse, la distancia de la
Tierra al Sol varía a lo largo del año:
• Julio  152 millones de km
• Enero  147 millones de km
A partir de acá uno podría concluir erróneamente que el
verano vendría dado por la época del año en la que nos
encontramos más cerca del sol. Sin embargo, la cercanía
al sol es sólo una pequeña parte de toda la historia.
Anexo
•
Las estaciones están reguladas por la cantidad de energía
solar que recibe la superficie de la Tierra, y esta cantidad
está determinada por dos factores:
• (1) El ángulo con el que los rayos del sol inciden
sobre la superficie de la Tierra (FACTOR
FUNDAMENTAL)
• (2) En número de horas de luz en una latitud dada
(1) ÁNGULO DE INCIDENCIA
•
La intensidad con la que incide la radiación depende del
ángulo con el que el haz incide sobre la superficie del
planeta.
•
Cuanto mayor sea la perpendicularidad con la que los
rayos del sol inciden sobre la superficie del planeta,
mayor es la intensidad de radiación que por unidad de
superficie recibe el planeta (se calienta más la superficie).
Anexo
(2) Nº DE HORAS DE LUZ
Cuanto mayor sea la duración del día, mayor es el
número de horas que la superficie está recibiendo
radiación solar y mayor es el calentamiento.
Por simple observación, sabemos que los días de verano
tienen más horas de luz que los de invierno.
Al 12hrs en verano, el sol se encuentra más alto
(incidencia más perpendicular) que en inverno.
•
Ambas cosas: mayor perpendicularidad de los rayos al
incidir en la superficie del planeta y nº de horas de luz son
consecuencia de que el eje de rotación del planeta está
inclinado 23.5º  Este eje apunta a la misma dirección
del espacio todo el tiempo.
•
Pero el factor decisivo es la inclinación del eje de rotación