¿Porqué pensar en un Sistema Climático?

Federico Robledo
Estudiante de doctorado en Ciencias de la Atmósfera y docente del DCAO
¿Porqué pensar en un Sistema Climático?
Qué es la atmósfera?
es la capa gaseosa que cubre la Tierra y que se mantiene atrapada a ella por la
fuerza de gravitacional.
Que composición tiene la atmósfera?
Estructura de la atmósfera según la variación vertical de
la temperatura
¿Por qué la tierra es un lugar adecuado para la vida?
¿Cómo determino la temperatura de superficie?
¿Cómo funciona el efecto invernadero?
¿Qué es la Radiación electromagnética? (1)
Ondas con propiedades eléctricas y magnéticas
En el vacío viajan a velocidad constante C=300.000 km/s
¿Qué es una onda?
La longitud de onda (λ) electromagnética se mide en micrómetros(μm) o
nanómetros (nm)
La frecuencia (v) se define como el número de crestas que pasan por un punto
dado en 1 segundo
C= λ . V o lo que es lo mismo C= λ
P
¿Qué es la Radiación electromagnética? (2)
La radiación electromagnética la puedo pensar como un flujo de partículas
¿Qué es un fotón?
Es la cantidad más pequeña de energía que puede ser transportada por una
onda electromagnética.
Una “partícula” o pulso individual de radiación electromagnética
¿Qué tiene que ver todo esto con el sistema climático?
El sol emite constantemente:
1. Ondas electromagnéticas
2. Partículas
¿Cómo llamamos a la emisión del sol?
Energía radiante o Radiación solar
Representa toda la energía disponible recibida por el planeta
¿Qué es el espectro electromagnético?
El rango total de tipos de radiación electromagnética que difieren por sus
longitudes de onda.
Longitud de onda
Crece
Leyes de Radiación
1)Todos los objetos emiten energía radiante, cualquiera sea su temperatura
2)Los objetos con mayor temperatura emiten más energía total por unidad de
área que los objetos más fríos
3)Los cuerpos con mayor temperatura presentan un máximo de radiación en
longitudes de onda más cortas que los que se encuentran más fríos
4)Los objetos que son buenos absorbedores de radiación son también
buenos emisores
Apliquemos estas leyes a la atmósfera
Temperatura del sol: 6000ºK
Temperatura de superficie terrestre: 288ºK =15ºC
El sol emite 160.000 veces más que la tierra
El sol emite radiación en “onda corta” y la tierra en radiación infrarroja
(o “onda larga”), principalmente
Los objetos que son buenos absorbedores de
radiación son también buenos emisores
Los gases que componen la atmósfera son absorbedores
y emisores selectivos según la longitud de onda (λ)
Radiación
Solar
Radiación
Terrestre
Radiación Solar
Dispersión
Reflexión (albedo)
Color Azul del cielo
30% reflejada
Absorción
Los gases absorben mal
6000ºK
La atmósfera es “mala” para
absorber radiación de onda
corta (Radiación solar)
Reflexión (albedo)
Distribución global del albedo sobre áreas continentales
Radiación terrestre
La atmósfera absorbe “bien” la radiación
infrarroja (radiación terrestre)
Efecto invernadero
Sin embargo dejan escapar una
parte, lo llamamos “ventana de
radiación”
288ºK
El sol emite radiación en “onda corta” y la tierra con el océano en
radiación infrarroja (“onda larga”), principalmente
Los gases que componen la atmósfera son absorbedores
y emisores selectivos según la longitud de onda (λ)
En el planeta (atmósfera + mares + continente),
la radiación de onda larga y de onda corta
¿Están balanceadas?
¿Nos estamos prendiendo fuego en el planeta?
Promedio anual Radiación solar entrante al sistema tierra
atmósfera (W/m2 )
342 = 168
Absorbida por la
superficie
+
67
Absorbida por la
atmósfera
+
77
Reflejada por la
atmósfera
+
30
Reflejado por la
superficie
¿Que entra efectivamente al sistema tierra-atmósfera en onda corta ?
235 = 168
Absorbida por la
superficie
+
67
+
Absorbida por la
atmósfera
77
Reflejada por la
atmósfera
+
30
Reflejado por la
superficie
Devuelto al espacio en onda corta
¿Que sale efectivamente al sistema tierra-atmósfera en onda larga ?
235
=
165
+
30 +
Reemitido por la atmósfera
40
Ventana de radiación atmósfera
Desde el punto de vista radiativo (corta + larga)
sistema tierra-atmósfera está en equilibrio
Balance radiativo
Subsistema atmósfera
-102 =
Q*
67
OCe
+
350
OLe
-
324
–
165
OLs
OLs
K*
L*
-
30
OLs
Subsistema Tierra
102 =
Q*
168
Oce
-
390
+
OLs
324
OLe
K*
L*
¿Cómo salvo estos desbalances radiativos entre
ambos sub-sistemas (atmósfera y tierra)?
Subsistema atmósfera = -102 w/m2
Subsistema océano = 102 w/m2
¿Interactúan ambos sub-sistemas (atmósfera y
tierra)?
Calor sensible (Qh) conducción y/o convección
Cantidad de calor que cede o absorbe un cuerpo sin cambiar de estado. Puede ser
detectado a través del cambio de temperatura del cuerpo.
Calor latente (Qe) Evaporación y/o condensación
Cantidad de calor que cede o absorbe un cuerpo al cambiar de estado. Durante el
cambio de estado no se modifica la temperatura del cuerpo.
Q*
Desbalance radiativo para
c/subsistema
=
Qe
78 W/m2
+
Qh
24W/m2
Conclusiones generales
La temperatura de la superficie terrestre depende de:
1 Radiación solar que recibe el planeta
2 La reflectividad de la superficie (albedo)
3 Cantidad de calor proporcionado por la atmósfera,
a través del efecto invernadero
4. Calentamiento de la atmósfera desde la superficie
En resumen, la atmósfera es transparente a la radiación de onda corta del Sol pero
absorbe la radiación terrestre de onda larga.
La atmósfera no es calentada por la radiación solar sino que se calienta desde
la superficie de la Tierra hacia arriba.
Distribución latitudinal del balance de energía
Cómo se transfiere el calor?
Circulación oceánica
Circulación atmosférica
¿Por qué pensar en un Sistema Climático?
Flujos de calor sensible y latente
Valores positivos representan energía ganada por la atmósfera y
valores negativos indican energía perdida por la atmósfera.