Balance de energía terrestre

Balance de energía terrestre
Valores medios globales
Notemos que llegan 342 W/m2 al tope de la atmósfera.
¿Cómo se relaciona esto con nuestros cálculos de la clase
anterior?
La radiación solar habíamos dicho era: Qs =R2)(1-)S
donde S es la constante solar S=1367 W/m2
La radiación que emite la Tierra era: Qt = (4R2)Te4
Como Qt=Qs => Te = [(1-)S/41/4
S/4 = 1367/4 = 342 W/m2
y podemos escribir Te = [(1-)342/1/4
Albedo
Absorbido
por ozono
y nubes
El 50% llega a la
superficie. Esta es la media global.
Distribucion espacial de la radiación solar
sobre la superficie.
Radiación directa – llega directamente del Sol (predominante en bajas latitudes
y dias claros)
Radiación difusa – llega luega de habr sido reflejada o dispersada (predominante
en altas latitudes y días nubosos)
Al recibir la radiación solar la superficie se calienta y pierde
calor de varias formas: por radiación, conducción y
evaporación.
Evaporación
Conducción
Radiación
Calor sensible – pérdida por conducción
Transferencia de calor entre las capas bajas de la atmósfera y la superficie.
Esta transferencia es importante durante el invierno cuando masas
continentales de aire frío pasan sobre un océano más cálido, p.ej. en la
costa este de Norteamérica
Calor latente – pérdida por evaporación
Los vientos evaporan agua de los océanos enfriándolos. Ese calor
reaparece cuando se forman las nubes pues condensa el vapor de agua
liberando calor latente.
El promedio anual de agua evaporada es de alrededor de 1m, y causa
una pérdida de cerca de 80 W/m2 de energía en la superficie.
En ausencia de evaporación como mecanismo de pérdida de
energía, la temperatura de la superficie debería aumentar a 67C
de tal forma de irradiar igual cantidad de energía que la que
recibe del Sol.
Además, el transporte de energía por este proceso hace que la
temperatura decrezca más lentamente con la altura.
Emisión de radiación de onda larga
La superficie terrestre emite energía en forma de radiación infraroja,
la cual es luego absorbida por ciertos gases en la atmósfera y devuelta
a la superficie. Las nubes también juegan un papel fundamental en el
efecto invernadero pues absorben radiación infraroja en muchas longitudes
de onda.
Cual es el papel de las nubes desde un
punto de vista energético?
Las nubes reflejan radiación solar y absorben radiación infraroja.
Pero, no todas las nubes interactúan de la misma
forma con la radiación. Las nubes pueden calentar
o enfriar la superficie dependiendo de algunos
factores como: la altura de la nube, su tamaño y
la naturaleza de las partículas que contienen.
Tipos de nubes:
●
altas (cirrus)
●
bajas (estratocumulus)
●
convectivas (cumulunimbus)
Nubes altas – cirrus
Son casi transparentes y dejan pasar la radiación de onda
corta por lo que su albedo es débil. Su emisión infrarroja
hacia el espacio es pequeña pues su superficie está muy
fría contribuyendo al efecto invernadero, calentando la
superficie.
Nubes bajas - estratocumulus
No son transparentes y reflejan gran parte de la radiación
solar (tienen un fuerte albedo). Su intervención en el efecto
invernadero es mínima. Tienden a enfriar el clima.
Nubes convectivas - cumulunimbus
Pueden tener un espesor de varios kilómetros, alturas de 10
km y extenderse a unos cuantos metros de la superficie.
Son nubes altas y frías, con gran influencia en el efecto
invernadero, al mismo tiempo que tienen un albedo fuerte,
por lo que los dos efectos tienden a neutralizarse.
El calor sensible y latente perdido por la superficie calientan la
atmósfera y pasan a formar parte de la emisión de onda larga
terrestre emitida por la atmósfera y las nubes. Así, en el tope de la
atmósfera el balance energético ocurre solamente entre la radiación
solar y la de onda larga.
¿Cómo es la distribución latitudinal de energía?
En los trópicos hay un exceso de energía, y en latitudes altas hay un déficit.
Para que los trópicos no se calienten constantemente y los polos no se
enfríen debe haber un transporte latitudinal de energía: circulación
atmosférica y oceánica.
Distribución geográfica de la
temperatura
La cantidad de energía solar recibida en el tope de la atmósfera,
en cualquier región del planeta, varía con la hora del día, la
estación del año y la latitud. Estas diferencias de radiación
originan las variaciones de temperatura.
Por otro lado, la temperatura también puede variar debido a:
●
distribución de distintos tipos de superficies
●
en función de la altura.
Variación de la temperatura con la latitud
Distribución natural de la temperatura sobre la esfera terrestre,
debido a que el ángulo de incidencia de los rayos solares varía
con la latitud geográfica
La misma radiación
se distribuye sobre
una mayor superficie
Variación estacional de temperatura
El eje de rotación de la Tierra está inclinado con respecto al plano
de su órbita; entonces el ángulo de incidencia de los rayos
solares varía, estacionalmente, en forma diferente para ambos
hemisferios.
Variación con los tipos de superficie
La distribución de continentes y océanos produce un efecto muy
importante en la variación de temperatura. Debido a diferentes
capacidades de absorción y emisión de radiación entre tierra y agua
(capacidad calorífica), las variaciones de temperatura sobre las áreas
de agua experimentan menores amplitudes que sobre las sólidas.
●
Sobre los continentes, diferentes tipos de suelos inducen ciclos
diarios de temperatura diferentes:
➢ Suelos muy húmedos, como pantanos o ciénagas, o vegetación
espesa, actúan en forma similar a las superficies de agua,
atenuando considerablemente las variaciones de temperatura.
Ciclo diario 10°C.
➢ Regiones desérticas o áridas permiten grandes variaciones en la
temperatura. Ciclo diario de hasta 40°C, o más.
●
El viento es un factor muy importante en la variación de la
temperatura. Donde los vientos proceden de zonas oceánicas, la
amplitud de temperatura es generalmente pequeña. Si vienen de
regiones continentales se observan cambios pronunciados.
●
Variaciones con la altura
A través de la troposfera, la temperatura decrece con la
altura. Este decrecimiento se define como el Gradiente
Vertical de Temperatura y es en promedio de 6,5ºC/1000m.
Distribución global de temperatura de
superficie
Diciembre-Enero-Febrero
Junio-Julio-Agosto
Notar que:
isotermas tienen dirección este-oeste y muestran una
disminución de la temperatura de los trópicos hacia los polos.
●
desplazamiento latitudinal de las temperaturas causado por la
migración estacional de la incidencia vertical de los rayos
solares.
●
las temperaturas más frías y más calientes se encuentran sobre
los continentes. La migración norte-sur de las isotermas es mayor
sobre los continentes que sobre los océanos. Isotermas son mas
regulares en el HS, donde hay poca tierra.
●
Las corrientes oceánicas cálidas curvan las isotermas para los
polos, mientras que las corrientes frías causan curvamiento para
el ecuador.
●
la amplitud del ciclo anual de temperatura es menor en las
proximidades del ecuador
●