LA ATMOSFERA Y LA RADIACION SOLAR

Asignatura:

2° HIDROLOGIA GENERAL

LA ATMOSFERA Es la capa de aire que rodea la tierra y donde se desarrollan la

evaporación, precipitación y otras etapas del ciclo hidrológico.

Cumple las funciones de; Inmenso reservorio de vapor de agua; Sistema vasto de transporte y reparto del agua; y Colector de calor.

Para la hidrologia solo se considera como atmosfera los primeros 15 o 20 km de aire sobre la superficie del suelo, por ser la zona donde se realizan los cambios mas importantes del estado del agua.

El 90% de agua atmosférica se encuentra en concentrado en los primeros cinco (5) km de altura.

Nubes en la Troposfera

La TROPOSFERA es la capa inferior (más próxima a la superficie terrestre de 10 km de espesor) de la atmósfera de la Tierra. A medida que se sube, disminuye la temperatura en la troposfera llegando a -70°C. En la troposfera suceden los fenómenos que componen lo que llamamos tiempo.

La ESTRATOSFERA es la segunda capa de la atmósfera de la Tierra. A medida que se sube, la temperatura en la estratosfera aumenta llegando a 0° C (el ozono provoca que la temperatura suba ya que absorbe la luz peligrosa del sol y la convierte en calor).La estratosfera es de 50 km, solamente viento vertical de 200 km/hr. Nubes en la estratosfera

LA ATMOSFERADesde el punto de vista de la variación de la temperatura en la atmosfera, esta se divide en:

La Tierra y su atmósfera

La MESOFERA es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra. La temperatura disminuye a medida que se sube, como sucede en la troposfera. Puede llegar a ser hasta de -90° C. Es la zona más fría de la atmósfera. A veces, se puede distinguir la mesosfera en la orilla de un planeta (como la banda azul en extremo derecho de la fotografía).

La TERMOSFERA es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra. A esta altura, el aire es muy tenue y la temperatura cambia con la actividad solar. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1,500° C y hasta más altas. La termosfera de la Tierra también incluye la región llamada ionosfera. Los trasbordadores espaciales giran

alrededor de la Tierra en la Termosfera.

La última capa de la atmósfera de la Tierra es la EXOSFERA. Esta es el área donde los átomos se escapan hacia el espacio. La fotografía muestra a la Tierra, su atmósfera (las nubes son de la troposfera y de la estratosfera), el borde del planeta (la curva azul oscuro y la orilla que corresponden a la mesosfera y la termosfera), todo eso terminado por la exosfera (del azul más oscuro a negro) que se continúa en el espacio.

RADIACIÓN SOLAR Constitución del Sol :70 % H28 % He2% átomos Pesados

La temperatura del sol disminuye del núcleo a la superficie:

En la superficie: 6.000 °C En el centro: 15.000.000 °C

El Sol es la principal fuente de energía para todos los procesos que ocurren en el sistema tierra - atmósfera - océano. Más del 99.9 % de la energía que este sistema recibe proviene del Sol.

LA RADIACION SOLAR

La radiación solar se divide en tres bandas (um = micras = 10-6 y nm = nanómetro = 10-9):

1. Banda ultravioleta (ozono, O2 y H2O) - Longitud de onda inferior a 0.35 um. - 7% de la energía.

2. Banda visible - Longitud de onda entre 0.35 a 0.75 um - 47% de la energía.

3. Banda infrarroja (O2 y H2O) - Longitud de onda superior a 0.75 um - 46% de la energía.

La cantidad de energía solar que fluye hacia y desde la Tierra y la atmósfera, es 160 veces la energía de las reservas mundiales de energía fósil o 15.000 veces la energía anual usada de los combustibles fósiles y nucleares y de las plantas hidráulicas, el recorrido sol – tierra es de 8 minutos y 18 segundos.

La luminosidad del Sol (el total de energía que se radia de su corona) es de 3.87x1026 watts. La distancia entre el Sol y la Tierra (1.5x1011 m), el flujo de energía que alcanza a la Tierra se puede calcular utilizando la ecuación anterior:

2211

26

2W/m 1370

m) 10 1.5(4

watts 103.87

r)(4

I

1370 W/m2, es la constante solar, es el total de energía que llega a la tierra.

De cada 100 unidades de energía que ingresan en la atmósfera, 51 son absorbidas por la tierra, 19 por la atmósfera y 30 reflejadas nuevamente al espacio. Las 70 unidades que absorbe el sistema Tierra-atmósfera (51 + 19 unidades) son irradiadas nuevamente al espacio como una radiación de onda larga.

22

2

W/m 342.54

13704S

r4

rS cc

La radiación interceptada es distribuida sobre la superficie entera de la Tierra (una esfera de área 4πr2). La superficie total del a Tierra es 4 veces el área de intercepción a la radiacion solar (4πr2/ πr2 = 4), el flujo solar sobre la Tierra promediado en todas latitudes y longitudes es entonces:

La energía recibida del sol, al atravesar la atmosfera de la tierra calienta el vapor de agua en unas zonas de la atmósfera más que otras, provocando alteraciones en la densidad de los gases y, por consiguiente desequilibrios que causan la circulación atmosférica. Esta energía produce la temperatura en la superficie terrestre y el efecto de la atmósfera es aumentarla por efecto invernadero y mitigar la diferencia de temperaturas entre el día y la noche y entre el polo y el ecuador.

La mayoría de las fuentes de energía usadas por el hombre derivan indirectamente del Sol. Los combustibles fósiles preservan energía solar capturada hace millones de años mediante fotosíntesis, la energía hidroeléctrica usa la energía potencial del agua que se condensó en altura después de haberse evaporado por el calor del Sol, etc.

LA ENERGÍA SOLAR COMO MOTOR DE LA ATMÓSFERA

• Geográficos

– Latitud– Exposición– Inclinación del Suelo

• Atmosféricos

– Atmósfera (Nubosidad) – Partículas en Suspensión (naturales y antrópicas)

• Otros

– Estación del Año– Hora del Día

FACTORES QUE AFECTAN LA CANTIDAD DE RADIACIÓN SOLAR

Radiación Global, es la cantidad de energía solar que incide sobre una superficie entre las 06 de la mañana y las 06 de la tarde y sus valores oscilan entre 500 y 10.000 W*h/m2 al día. puede ser de 2 formas:

- Radiación Global (Rg) = R. Directa + R. Difusa

- Día despejado = 90% R. Directa + 10% R. Difusa- Día nublado = 100% R. Difusa

Radiación Directa, es la que llega a la superficie de la Tierra en forma de rayos provenientes del Sol sin haber sufrido difusión, ni reflexión alguna, esta depende de:

a) La Constante solar;

b) La altura del Sol sobre el horizonte y;

c) La transparencia atmosférica en presencia de gases absorbentes, nubes y niebla.

La Radiación Difusa es componente de la radiación solar que al encontrar pequeñas partículas en suspensión en la atmósfera en su camino hacia la tierra e interactuar con las nubes, es reflejada y dispersada en todas las direcciones, esta depende:

a) La altura del Sol sobre el horizonte. A mayor altura, mayor es el flujo de radiación difusa,

b) Cantidad de partículas en la atmósfera. A mayor cantidad de partículas, mayor es la componente difusa; por consiguiente aumenta con la contaminación,

c) Nubosidad. Aumenta con la presencia de capas de nubes blancas relativamente delgadas,

d) Altura sobre el nivel del mar. Al aumentar la altura, el aporte de la radiación difusa es menor debido a que disminuye el espesor de las capas difusoras en la atmósfera.

DISPERSION, la radiacion solar tiene una trayectoria recta pero los gases y partículas la desvían cambiando la dirección de su recorrido. Esta depende de la longitud de onda, en el sentido de que cuanto más corta sea ésta, tanto mayor será la dispersión.

REFLEXION (albedo), la capacidad de reflexión o fracción de la radiación reflejada por la superficie de la tierra o cualquier otra superficie se denomina albedo, El albedo planetario es en promedio de un 30%. Esta energía se pierde y no interviene en el calentamiento de la atmósfera. El albedo (A% o α) es la relación entre la radiacion reflejada y la radiacion incidente sobre una superficie horizontal, expresada en porcentaje

ABSORCION por moléculas de gas y partículas en suspensión, tiene lugar cuando la frecuencia de la radiación electromagnética es similar a la frecuencia vibracional molecular del gas. Cuando un gas absorbe energía, esta se transforma en movimiento molecular interno que produce un aumento de temperatura. Los gases que son buenos absorbedores de radiación solar son importantes en el calentamiento de la atmósfera, por ejemplo, la absorción de radiación solar por el ozono proporciona la energía que calienta la estratosfera y la mesosfera.

PROCESOS DE ATENUACION DE LA RADIACION SOLAR

La transferencia de energía a través de procesos radiación es diferente de los otros mecanismos, en este proceso no intervienen moléculas. La Tierra intercambia energía con su ambiente (el sistema solar) por medio de la radiación.

El balance de radiación del planeta es un parámetro fundamental ya que determina nuestro clima (la atmósfera se calienta o se enfría dependiendo de sí recibe más o menos energía). Este balance incluye la energía solar, que es la principal fuente de energía para el planeta, igualmente, la atmósfera y el océano pueden trasladar excesos de energía de una región a otra diferente en el globo.

La Tierra tiene una temperatura media constante en el tiempo, por la existencia del balance entre la cantidad de radiación solar entrante y la radiación terrestre saliente, sino se calentaría o enfriaría continuamente. En algunas regiones del planeta reciben mas radiación solar que otras, pero la radiación terrestre saliente es aproximadamente la misma en cualquier lugar del planeta.

TRANSFERENCIA DE ENERGIA

1. Balance de energía total tierra/atmósfera.

La cantidad de energía que llega a la superficie de la Tierra desde el Sol y desde la atmósfera, tiene que ser igual a la cantidad de energía que se refleja desde la superficie, más la que emite la Tierra al espacio.

2. Balance de energía entre diferentes zonas del planeta.

En promedio la zona latitudinal entre 35º N y 35º S recibe más energía que la que pierde y lo contrario ocurre en zonas polares.

Es conocido que las zonas centradas en el ecuador son las regiones más cálidas del planeta, lo contrario se produce en altas latitudes, donde se pierde mas calor por emisión de radiación de onda larga que la recibida en onda corta del Sol. Pero estas zonas no se calientan ni enfrían continuamente, por lo que existe un transporte de calor desde las regiones con exceso a las regiones con déficit de calor.

Es un transporte desde el ecuador hacia los polos y viceversa, que lo realizan la atmósfera y los océanos a través de los vientos y las corrientes.

POR LO TANTO, EL BALANCE DE CALOR, DEBE PRODUCIRSE EN DOS FORMAS:

La velocidad de calentamiento de la tierra es diferente al de las aguas

Esto se debe a:

Océanos Suelos

- Superficie en movimiento - Superficie Inmóvil

- Superficie transparente - Superficie Opaca

- Mayor penetración de Rg - Rg solo en superficie

- Transmisión de calor de - Transmisión de calor por

advectiva y convectiva conducción

- Mayor calor especifico - Menor calor especifico

Calentamiento y enfriamiento de las aguas es más lento que el de los suelos

T° + Regular

Menor oscilación térmica

En zonas con influencia terrestre tienen mayor oscilación térmica.

Predominan climas terrestres

Predominan climas con influencia oceánica

Trabajo para la casa

Preparar una presentación sobre el calentamiento global desde el punto de vista radiación.

Preparar una presentación sobre la capa de la Atmosfera donde se presenta los procesos mas importantes del ciclo hidrológico.

Preparar una presentación sobre el calculo de la constante solar para los demás planetas del Sistema solar.

Preparar una presentación sobre el albedo, que significa y como se calcula.