¿Porqué pensar en un Sistema Climático?

Federico Robledo

Estudiante de doctorado en Ciencias de la Atmósfera y docente del DCAO

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

¿Cómo funciona el efecto invernadero?

¿Por qué la tierra es un lugar adecuado para la vida?

¿Cómo determino la temperatura de superficie?

¿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= λP

¿Qué es la Radiación electromagnética? (2)

¿Qué es un fotón?

La radiación electromagnética la puedo pensar como un flujo de partículas

Es la cantidad más pequeña de energía que puede ser transportada por una onda electromagnética.

Una “partícula” o pulso individual de radiación electromagnética

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 tiene que ver todo esto con el sistema climático?

¿Qué es el espectro electromagnético?El rango total de tipos de radiación electromagnética que difieren por sus longitudes de onda.

Long

itud

de o

nda

Cre

ce

Leyes de Radiación1)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

Temperatura del sol: 6000ºK Temperatura de superficie terrestre: 288ºK =15ºCEl 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

Apliquemos estas leyes a la atmósfera

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) Absorción

Color Azul del cielo 30% reflejada Los gases absorben mal

La atmósfera es “mala” para absorber radiación de onda corta (Radiación solar)

6000ºK

Reflexión (albedo)

Distribución global del albedo sobre áreas continentales

Radiación terrestre

288ºK

La atmósfera absorbe “bien” la radiación infrarroja (radiación terrestre)

Sin embargo dejan escapar una parte, lo llamamos “ventana de radiación”

Efecto invernadero

Los gases que componen la atmósfera son absorbedores y emisores selectivos según la longitud de onda (λ)

El sol emite radiación en “onda corta” y la tierra con el océano en radiación infrarroja (“onda larga”), principalmente

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 + 67 + 77 + 30Absorbida por la superficie

Absorbida por la atmósfera

Reflejado por la superficie

Reflejada por la atmósfera

¿Que entra efectivamente al sistema tierra-atmósfera en onda corta ?

235 = 168 + 67 + 77 + 30Absorbida por la superficie

Absorbida por la atmósfera

Reflejado por la superficie

Reflejada por la atmósfera

Devuelto al espacio en onda corta

¿Que sale efectivamente al sistema tierra-atmósfera en onda larga ?

235 = 165 + 30 + 40Reemitido por la atmósfera Ventana de radiación atmósfera

Desde el punto de vista radiativo (corta + larga) sistema tierra-atmósfera está en equilibrio

Subsistema atmósfera

Balance radiativo

-102 = 67 + 350 - 324 – 165 - 30OCe OLe OLs OLs OLs

L*

K*Q*

Subsistema Tierra

102 = 168 - 390 + 324Oce OLs OLe

L*K*

Q*

¿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)?

Q* = Qe + QhDesbalance radiativo para c/subsistema

78 W/m2 24W/m2

Calor sensible (Qh) conducción y/o convecciónCantidad 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 condensaciónCantidad de calor que cede o absorbe un cuerpo al cambiar de estado. Durante el cambio de estado no se modifica la temperatura del cuerpo.

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 peroabsorbe la radiación terrestre de onda larga.

La atmósfera no es calentada por la radiación solar sino que se calienta desdela superficie de la Tierra hacia arriba.

Distribución latitudinal del balance de energía

Cómo se transfiere el calor?

Circulación atmosférica

Circulación oceánica

¿Por qué pensar en un Sistema Climático?

Valores positivos representan energía ganada por la atmósfera yvalores negativos indican energía perdida por la atmósfera.

Flujos de calor sensible y latente