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ATMÓSFERA
Programa Regional de Meteorología / IANIGLA - CONICET
www.prmarg.org
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Av. Ruíz Leal s/n Parque General San Martín. Mendoza - ArgentinaTel. (+54 - 261 ) 428 6010
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ATMÓSFERA
Masa gaseosa que envuelve la tierra y por gravedad se concentra en la superficie y acompañando su movimiento
de giro con ella.
ESTRATOSFERA
TIERRA
Ecuador18 KmTROPOSFERA
Composición de la Atmósfera
Componente SímboloVolumen
% (aire seco)
Nitrógeno N2 78.08
Oxígeno O2 20.94
Vapor de agua H2O 4
Argón Ar 0.93
Dióxido de carbono CO2 0.03
Neón Ne 0.0018
Helio He 0.0005
Ozono O3 0.00006
Hidrógeno H 0.00005
Criptón – Xenón - Metano Kr - Xe - Me Trazas
En función del comportamiento de la temperatura con la altura se puede dividir en diferentes capas
TropósferaTropósfera
EstratósferaEstratósfera
MesósferaMesósfera
ExósferaExósfera
Tropósfera
Se extiende desde la superficie terrestre hasta los Se extiende desde la superficie terrestre hasta los 18 km de altura en el ecuador, 18 km de altura en el ecuador, 13 km en latitudes medias 13 km en latitudes medias 8 km sobre los polos. 8 km sobre los polos. En esta capa se forman las nubes y procesos atmosféricos En esta capa se forman las nubes y procesos atmosféricos La temperatura del aire disminuye con la altura.La temperatura del aire disminuye con la altura.
EstratósferaSe extiende hasta los 50 km de
altura aproximadamente. La temperatura aumenta con la
altura, fenómeno que se atribuye a la presencia de ozono (O3).
La concentración O3 es máxima entre los 20 y 25 km de altitud.
Tanto la formación como la destrucción de O3, se hace por reacciones fotoquímicas.
La gran absorción de rayos ultravioletas, explica la elevación considerable de la temperatura.
Mesósfera
La temperatura vuelve a disminuir con la altura.
Se extiende hasta los 80km, altitud a la que se observa un cambio en la variación de la temperatura con la altura.
La densidad del aire es mínima, la presión varía entre 1 y 0.01 mb.
A pesar de su extensión, contiene alrededor del 1% de la masa total de la atmósfera.
Termósfera o Ionósfera
La temperatura aumenta con la altura.
La influencia de partículas
electrizadas da lugar a la presencia de capas ionizadas que tienen la propiedad de reflejar las ondas radio-eléctricas.
Este fenómeno, hace posible la recepción de estaciones emisoras en lugares donde, por causa de la curvatura de la Tierra, no serían directamente perceptibles.
Exósfera Se encuentra por encima de 800 km.
Constituye la zona de transición entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.
Se encuentra el cinturón de radiación que descubrió Van Allen, de gran importancia en el estudio de los viajes por el espacio cósmico.
Gradiente térmico vertical
Importancia de la atmósfera para la vida en el Planeta
Regula la distribución de calor en la superficie terrestreRegula la distribución de calor en la superficie terrestre
Durante el día, protege a la tierra de la fuerte Durante el día, protege a la tierra de la fuerte radiaciónradiación solar y filtra radiaciones nocivassolar y filtra radiaciones nocivas
Si no existiera la atmósfera, la temperatura de la tierraSi no existiera la atmósfera, la temperatura de la tierra variaría entre 100°C y -150°C durante el día.variaría entre 100°C y -150°C durante el día.
Impide el escape del calor emitido por el sol al Impide el escape del calor emitido por el sol al espacio espacio
Escalas
temporales y espaciales
de fenómenos meteorológicos
Fenómeno Meteorológico Escala Espacial Escala Temporal
El NiñoEl Niño 15000 km15000 km 3 - 6 años3 - 6 años
Oscilación Madden Julian – MJOOscilación Madden Julian – MJO 10000km10000km 30 – 60 días30 – 60 días
Zona Converg. Atlánico Sur – ZCASZona Converg. Atlánico Sur – ZCAS 6000 km6000 km 5 – 10 días5 – 10 días
Ciclones extratropicalesCiclones extratropicales 1000 – 6000 km1000 – 6000 km 1 – 7 días1 – 7 días
Ciclones Tropicales - HuracanesCiclones Tropicales - Huracanes 500 – 1000 km500 – 1000 km 1 – 2 días1 – 2 días
Frentes Fríos y CalientesFrentes Fríos y Calientes 50 – 500 km50 – 500 km 3 días - 24 hs3 días - 24 hs
Complejos Convectivos – MCCComplejos Convectivos – MCC 50 – 500 km50 – 500 km 12 – 30 hs12 – 30 hs
Líneas de InestabilidadLíneas de Inestabilidad 50 – 500 km50 – 500 km 12 – 30 hs12 – 30 hs
Fenómenos OrográficosFenómenos Orográficos 10 – 200 km10 – 200 km < 24 hs< 24 hs
Convección ProfundaConvección Profunda 1 – 50 km1 – 50 km < 3 hs< 3 hs
Efectos urbanosEfectos urbanos 1 – 20 km1 – 20 km < 3 hs< 3 hs
TornadosTornados 500 m – 1 km500 m – 1 km < 30 min< 30 min
Plumas de chimeneasPlumas de chimeneas < 500 m< 500 m < 30 min< 30 min
TurbulenciaTurbulencia < 50 m< 50 m < 3 min< 3 min
Escalas
de
Previsión
Definición OMM
Escala de Previsión Escala temporal Modelo numérico Resolución
““Nowcasting” Nowcasting” 0-2 hs0-2 hs Descripción del Descripción del tiempo presente y tiempo presente y
previsiónprevisión
Observación Observación radar, satéliteradar, satélite
Muy Corto PlazoMuy Corto Plazo 0- 12 hs0- 12 hs MesoescalaMesoescala < 10 km< 10 km
Corto PlazoCorto Plazo < 72 hs< 72 hs Mesoescala, Mesoescala, RegionalesRegionales
10 – 50 km10 – 50 km
Mediano PlazoMediano Plazo 3 – 10 días3 – 10 días GlobalesGlobales 50-200 km50-200 km
Plazo ExtendidoPlazo Extendido 10 – 30 días10 – 30 días Globales, Globales, Acoplados Océano-Acoplados Océano-
AtmósferaAtmósfera
50-200 km50-200 km
Largo PlazoLargo Plazo >30 días–2años>30 días–2años Globales, Globales, Acoplados Océano-Acoplados Océano-
AtmósferaAtmósfera
100-200 km100-200 km
3 meses3 meses
estacionalestacional
ClimáticoClimático > 2 años> 2 años Globales, Globales, Acoplados Océano-Acoplados Océano-
AtmósferaAtmósfera
100-200 km100-200 km
Radiación e insolación
La energía consumida en casi todos los procesos atmosféricos proviene del sol.
Esta energía se transfiere a través de la radiación del calor en forma de ondas
electromagnéticas.
La radiación del sol tiene su pico de transmisión en el rango visibleLa radiación del sol tiene su pico de transmisión en el rango visible de longitudes de onda entre 0,38 y 0,78 micrómetros (µm) del de longitudes de onda entre 0,38 y 0,78 micrómetros (µm) del espectro electromagnético. espectro electromagnético. El sol también descarga una cantidad considerable de energía en El sol también descarga una cantidad considerable de energía en
laslas regiones ultravioletas e infrarrojas. regiones ultravioletas e infrarrojas.
El 99% de la energía solar se emite en longitudes de onda entre El 99% de la energía solar se emite en longitudes de onda entre 0,5 y 40 µm.0,5 y 40 µm.
Las longitudes de onda más largas que 2,5 µm son absorbidasLas longitudes de onda más largas que 2,5 µm son absorbidas por el vapor de agua y el dióxido de carbono de la atmósfera. por el vapor de agua y el dióxido de carbono de la atmósfera.
La radiación en longitudes de onda menores que 0,29 µm esLa radiación en longitudes de onda menores que 0,29 µm es absorbida en la atmósfera por el nitrógeno y el oxígeno. absorbida en la atmósfera por el nitrógeno y el oxígeno.
La radiación solar que cae sobre la Tierra tiene una longitud La radiación solar que cae sobre la Tierra tiene una longitud de onda que oscila entre 0,29 y 2,5 µm. de onda que oscila entre 0,29 y 2,5 µm.
La cantidad de radiación solar recibida en una hora y en La cantidad de radiación solar recibida en una hora y en un lugar específicos del sistema Tierra-atmósfera un lugar específicos del sistema Tierra-atmósfera
se llama insolación se llama insolación (insolation, incoming solar radiation) (insolation, incoming solar radiation)
La insolación esta determinada por cuatro factores: La constante solar La constante solar La transparencia de la atmósfera La transparencia de la atmósfera La duración de la luz del día La duración de la luz del día El ángulo de caída de los rayos solares sobre la TierraEl ángulo de caída de los rayos solares sobre la Tierra
Dos factores que reducen la transparencia atmosférica
Reflectividad y AbsorciónReflectividad y Absorción
Se conoce como albedo a la capacidad general de las diferentes superficies de la Tierra de reflejar energía solar a la atmósfera
El albedo se define como la fracción o porcentaje de la energía solar incidente que refleja una superficie al espacio.
Las diferentes superficies - agua, nieve, arena, etc.- tienen diferentes valores albedo.
El albedo promedio, para la Tierra y la atmósfera como un todo, es 30% cuando hay condiciones generales de nubosidad sobre la Tierra.
Algunos de los gases de la atmósfera, notoriamente el vapor de agua, absorben la radiación solar, por lo que llega una menor radiación a la superficie terrestre.
A pesar de componer sólo aproximadamente 3% de la atmósfera, el vapor de agua absorbe en promedio seis veces más radiación solar que los demás gases combinados.
La cantidad de radiación recibida por la superficie terrestre es considerablemente menor que la recibida fuera de la atmósfera, representada por la constante solar.
Todos los cuerpos, irradian energía en longitudes de onda a lo largo del espectro electromagnético. – Los cuerpos más cálidos irradian longitudes de onda más
cortas– Los más fríos, longitudes de onda más largas.
El sol tiene su transmisión pico en el rango visible 0,38 a 0,78 µm
La Tierra emite su radiación máxima en longitudes de onda considerablemente más largas, en el rango de 10 µm (región infrarroja).
La Tierra se calienta cuando absorbe energía y se enfría cuando la irradia.
Absorbe y emite radiación al mismo tiempo.
Si la superficie terrestre absorbe más energía que la que irradia, se calentará.
Si la superficie terrestre irradia más energía que la que
absorbe, se enfriará.
BALANCE TERMICO DE LA ATMOSFERA
La energía del sol siempre ingresa en la atmósfera.
Si toda la energía se almacenara en el sistema Tierra-atmósfera, la Tierra se recalentaría.
La energía se debe liberar de nuevo en el espacio.
La radiación recibida regresa como radiación terrestre dando lugar a un balance térmico, balance de radiación.
De cada 100 unidades de energía que ingresan en la De cada 100 unidades de energía que ingresan en la atmósferaatmósfera
* 51 son absorbidas por la tierra, * 51 son absorbidas por la tierra, * 19 son absorbidas por la atmósfera * 19 son absorbidas por la atmósfera * 30 reflejadas nuevamente al espacio* 30 reflejadas nuevamente al espacio
Las 70 (51 + 19) Las 70 (51 + 19) unidades queunidades queabsorbe absorbe el sistema el sistema Tierra-atmósfera Tierra-atmósfera son irradiadas son irradiadas nuevamente nuevamente al espacio al espacio como una como una radiación de onda larga. radiación de onda larga.
calentamiento diferencial
propiedad que hace que las diferentes superficies se calienten y se enfríen en
distintas velocidades
La superficie terrestre no sólo recibe diferentes magnitudes de radiación solar sino que las diversas superficies terrestres absorben energía térmica en magnitudes distintas.
Las masas de tierra absorben y almacenan calor de manera diferente que las de agua.
La capacidad de absorber y almacenar el calor es diferente en los distintos tipos de superficies terrestres.
El color, la forma, la textura de la superficie, la vegetación y la presencia de construcciones pueden influir en el calentamiento y enfriamiento de la Tierra.
Por lo general, las superficies secas se calientan y se enfrían más rápidamente que las húmedas.
Las áreas aradas, las playas arenosas y los caminos pavimentados se calientan más que las praderas y las áreas
boscosas.
Durante el día, el aire de un terreno arado es más cálido que el de un bosque o un pantano; durante la noche, la situación es inversa.
La absorción de la energía térmica del sol se confina en una capa poco profunda de la superficie terrestre.
Las superficies terrestres se calientan rápidamente durante el día y se enfrían rápidamente durante la noche.
Las superficies acuáticas se calientan y enfrían más lentamente que las terrestres porque
El movimiento del agua produce calor Los rayos solares penetran la superficie del agua
Se requiere más calor para cambiar la temperatura del agua debido a su mayor calor específico
Se requiere más energía para aumentar la temperatura del agua que para cambiar la temperatura de la misma cantidad de suelo.
La evaporación del agua es unLa evaporación del agua es unproceso de enfriamientoproceso de enfriamiento
Transporte de calor
Además de la radiación, el calor se transmite por
ConducciónConducciónConvecciónConvecciónAdvecciónAdvección
procesos que afectan la temperatura de la atmósfera cercana a la superficie terrestre.
ConducciónConducción es el proceso por el cual se transmite calor a través de la materia sin que esta en sí se transfiera. El calor es conducido de un objeto más caliente a uno más frío.
ConvecciónConvección es la transferencia de calor a través de la materia cuando está en movimiento.
El aire que se calienta a través de una superficie terrestre calentada por conducciónconducción se elevará porque es más liviano que el del ambiente.
El aire calentado se eleva y transfiere el calor verticalmente.
El aire en altura más frío se hundirá porque es más pesado que el aire del ambiente.
Está asociado con el aumento del aire y es parte de la transferencia de calor por convección.
El término advecciónadvección se refiere a la transferencia de calor que se produce principalmente por el movimiento horizontal antes que por el movimiento vertical del aire (convecciónconvección).
Distribución mundial del calor
La distribución mundial de la insolación está estrechamente relacionada con la latitud.
La insolación total anual es mayor en el ecuador y disminuye hacia los polos.
Cantidad de radiación solar absorbida por la Tierra y la atmósfera (línea punteada), en comparación con la onda larga de radiación que sale de la atmósfera (línea negra).
La cantidad de insolación recibida anualmente en el ecuador es cuatro veces mayor que la recibida en cualquiera de los polos.
A medida que los rayos solares se desplazan estacionalmente de un hemisferio a otro, la zona de insolación diaria máxima posible se mueve con estos.
Para la Tierra como un todo, las ganancias de energía solar equivalen a las pérdidas de energía que regresan al espacio (balance térmico).
La región ecuatorial obtiene más calor que el que pierde y los polos pierden más calor que el que obtienen.
El calor se distribuye de manera uniforme alrededor de la Tierra, de otro modo, las regiones ecuatoriales seguirían calentándose y los polos enfriándose.
Para lograr un equilibrio, las circulaciones atmosféricas y oceánicas realizan una transferencia continua de calor a gran escala (de latitudes bajas a altas)
La atmósfera conduce el aire cálido hacia los polos y el airefrío hacia el ecuador.
La transferencia de calor de los trópicos hacia los polos se produce durante todo el año, pero en una escala mucho menor en verano
que en invierno.
La diferencia de temperatura entre las latitudes bajas y altas es menor
en verano que en invierno.
El hemisferio de invierno tiene una pérdida neta de energía, y el hemisferio de verano una ganancia neta.
La mayor parte de la ganancia del estío se almacena en las capas superficiales de la Tierra y el océano, principalmente en este último.
Los océanos también desempeñan un papel importante en elintercambio de calor.
El agua caliente fluye hacia los polos a lo largo del lado occidentalde una cuenca del océano y el agua fría hacia el ecuador en el ladooriental.
En latitudes más altas, el agua caliente se mueve hacia los polos enel lado oriental de la cuenca del océano y el agua fría hacia elecuador en el lado occidental.
Las corrientes oceánicas se encargan de transportar aproximadamente 40 por ciento de la energía del ecuador hacia los polos. El 60 por ciento restante se atribuye al movimiento del aire.
ESTRUCTURA
DINAMICA Y FISICA
DE LA ATMOSFERA
El aire se mueve a fin de equilibrar los desbalances de presión El aire se mueve a fin de equilibrar los desbalances de presión causados por el calentamiento diferencial de la superficie causados por el calentamiento diferencial de la superficie terrestre. terrestre.
A medida que se traslada de áreas de alta presión a áreas de A medida que se traslada de áreas de alta presión a áreas de baja presión, el viento es influido significativamente por la baja presión, el viento es influido significativamente por la presencia o ausencia de la fricción. presencia o ausencia de la fricción.
Los vientos superficiales se comportan de manera diferente que Los vientos superficiales se comportan de manera diferente que los vientos en altura debido a las fuerzas de fricción que actúan los vientos en altura debido a las fuerzas de fricción que actúan cerca de la superficie terrestre. cerca de la superficie terrestre.
La rotación de la Tierra modifica la circulación atmosférica pero La rotación de la Tierra modifica la circulación atmosférica pero no la produce, ya que, esencialmente, la atmósfera rota con la no la produce, ya que, esencialmente, la atmósfera rota con la Tierra. Tierra.