Balance de energía terrestreValores 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-)Sdonde S es la constante solar S=1367 W/m2

La radiación que emite la Tierra era: Qt = (4R2)Te4

Como Qt=Qs => Te = [(1-)S/41/4

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 lasuperficie. 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 (predominanteen 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.

Conducción Radiación

Evaporación

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 radiaciónse distribuye sobreuna 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