EL BALANCE DE CALOR OCEÁNICO

EL BALANCE DE CALOR OCEÁNICO
Hay varios mecanismos que contribuyen al balance de calor de un
volumen de océano. Algunos de estos mecanismos actúan a través de la
superficie del mar y otros están asociados a la transferencia de calor entre
diferentes partes del océano.
Qs + Qr + Qc + Qe + Qa = QT
Qs: Radiación de onda corta recibida del sol en la superficie del mar.
Varía entre 80 y 220 W/m2
Qr: Radiación de onda larga emitida por la superficie del mar.
Habitualmente representa el balance entre radiación emitida
por el mar menor radiación emitida por la atmósfera. Varía
entre -50 y -115 W/m2
Qc: Calor transferido por conducción a través de la superficie del mar
Varía entre O y -40 W/m2
Qe: Calor transferido por evaporación / precipitación. Varía entre -50 y 160 W/m2
Qa: Calor intercambiado con otros sectores oceánicos
QT: El calor neto ganado ó perdido por la porción de océano analizada. El
signo de QT produce el aumento ó disminución de la temperatura. QT
es cero en condiciones estacionarias.
LA RADIACIÓN SOLAR (de onda corta)
Ley de Stephan-Boltzman:
Qs = K T4 (°K)
La energía radiada por un cuerpo es proporcional a la cuarta potencia de la
temperatura absoluta.
Ley de Wien:
Lm = 2897 µm / T (°K)
La longitud de onda de máxima radiación es inversamente proporcional a la
temperatura del cuerpo.
La cantidad de energía radiada por el sol es proporcional a (6000 °K)4 y
por lo tanto es de longitud de onda relativamente corta. El 99% de la
energía es recibida a longitudes de onda menores que 4µm.
La cantidad de energía que llega al tope de la atmósfera, denominada la
constante solar es del orden de 1360 W/m2. El 50% de esta energía se
encuentra es la parte visible del espectro electromagnético. A la superficie
del mar y cuando el sol se encuentra en la vertical llega un 50% de esta
energía.
Qs depende de:
• la longitud del día
• la absorción atmosférica (función del coeficiente de absorción que depende del
contenido de vapor de agua, polvo en suspensión, etc.) y de la elevación del sol, la
nubosidad, expresada en octas O conduce a reducción de Qs del orden (1 - 0,09 O).
• 4 O (50% cubierto)Æ Qs = 64%
• 8 O (100% cubierto)Æ Qs = 28%
• la radiación del cielo.
• la reflexión de la superficie del mar.
• el hielo y la nieve conducen a un aumento de la cantidad de energía reflejada de 10
a 15% a 50 a 80%
LA RADIACIÓN DE ONDA LARGA Qr
La Tierra emite radiación proporcional a la cuarta potencia de su temperatura
media, 290 °K para una temperatura media de 17 °C. El mar tiene la máxima
radiación a una longitud de onda de 10 µ, (en la banda infrarroja) y el 90% de la
radiación de onda larga del mar se encuentra entre longitudes de onda de 3 a 80 µ.
Qr es el balance entre la energía radiada del mar hacia la atmósfera y la energía
radiada de la atmósfera al mar (proporcional a la cuarta potencia de la temperatura
del aire). La energía radiada por la atmósfera es función, esencialmente, del
contenido de vapor de agua del aire sobre la superficie del mar.
Qr es función de la temperatura, por lo tanto no presenta variaciones temporales o
estacionales significativas.
Si ΔT estacional = 8ºC la variación de Qr será proporcional a 2904/2824 = 1.12
Qr depende de:
la nubosidad, expresada en octas O conduce a reducción de Qr del
orden (1 - 0,1 O). La nubes aumentan la cantidad de energía de onda larga
radiada de la atmósfera al océano.
• 4 O (50% cubierto)Æ Qr = 60%
CALOR POR CONDUCCIÓN Qc
Qc = - Cp K dT/dz
Es proporcional al gradiente vertical de temperatura en el aire sobre la
superficie del mar. La constante de proporcionalidad es el coeficiente de
conductividad del calor turbulento.
Cuando el aire tiene menor temperatura que el agua la atmósfera se
inestabiliza, produciendo convección y se incrementa el flujo de calor
hacia la atmósfera.
CALOR POR EVAPORACIÓN / CONDENSACIÓN
Qe = Fe Lt
La evaporación requiere de una cierta cantidad de calor. La misma es
proporcional a la masa de agua evaporada por unidad de tiempo (Fe,
medida en Kg de agua evaporados por segundo) y al calor latente de
evaporación Lt
Lt = 2494 - 2.2 T kJ/Kg
donde T es la temperatura del agua en °C. En la práctica la determinación
precisa de Fe es muy dificultosa.
También es posible determinar el calor de evaporación a partir del balance
de los demás términos del balance calórico y utilizando la tasa de Bowen:
Si Qa = 0 (el transporte de calor dentro de la masa da agua es
despreciable) y QT = 0 (no existe un flujo neto de calor entre el mar y la
atmósfera).
Qe = (Qs -Qr) / (1 + R)