energía solar global y uv. su relación con el cambio ... · este calentamiento global se explica...
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Energía solar global y UV. Su relación
con el cambio climático.
Rubén Piacentini
- Instituto de Fïsica Rosario (CONICET – UNRosario)
- Facultad Cs Exactas, Ingeniería y Agrimensura/UNRosario
Actividad solar medida a través del Número de manchas solares. Ciclo undecenal (11 años)
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 20080
20
40
60
80
100
120
140
Núm
ero
de m
anchas s
ola
res
Año
Datos (www.ngdc.noaa.gov)
Predicción (Verdes et al, 2000)
Importancia en:- Pronóstico solar- Satélites - Relación con Cambio Climático
Nú
me
ro m
an
ch
as
Comparación entre mediciones y modelización
teórica (predicción) del último ciclo solar.
Origen de la Energía solar
Reacción termonuclear en el centro solar (donde la Temperatura es de ≈ 15.000.000 ºC)
epswww.unm.edu
Espectro solar en los rangos UV, visible e IR
ultravioleta Longitud de onda
Espectro solar fuera de la atmósfera
Espectro solar a nivel del mar
visible infrarrojo
I(,t)
Constante solar: integral de la
irradiancia solar extra-terrestre
(curva roja)
CS = ∫ IET(λ) dλ
Irradiancias (=intensidades) extremas. En
condiciones especiales de cielo con nubes dispersas, se pueden llegar a registrar incrementos por reflexión en bordes y plano nuboso. En particular, en Puna de Atacama (Cerro Azul, 3900 m de altura) se obtuvo: Isolar, extrema =
1528 W/m2, valor superior a la Constante Solar (1366 W/m2). Máxima
intensidad medida en toda la Tierra (el 16 diciembre 1997) (*).
(*) Piacentini, Cede y Bárcena, J Atmospheric and Solar Terrestrial Physics, 2003
Constante Solar (CS): tiene un valor promedio de
1366 W/m2 en las últimas décadas y una fluctuación (que sigue el ritmo del número de manchas solares) de alrededor de ±0.5 W/m2.
CS = 1366 W/m2
Disponibilidad del recurso solar. Mapa de la distribución mundial
de energía solar, expresada a través de la irradiancia integrada o Irradiación =
∫ I(t) dt (kWh/m2)
* Existe un excelente posibilidad de instalar centrales solares en zonas de alta
intensidad, como la Puna de Atacama en el Nor-Oeste de Argentina y otros
desiertos (zonas rojas)
Mapas de Irradiación global diaria en los meses de Enero y Julio en Argentina (*)
(*) Artículo Nieve. Revista Vivienda, 233, Agosto 2009. Adaptado del trabajo de H Grossi relativo a radiación solar en Argentina.
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Irra
dia
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ola
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pro
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me
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l)[M
J/m
2]
MES
Oliveros
SanMiguel
Castelar
Promedio regional
Irradiación solar medida en estaciones del Litoral y Gran Buenos Aires (1983)
Datos obtenidos del Boletín de la Red Solarimétrica Nacional (Ex – CNIE)
Balance energético de la terrestre. La temperatura del aire es el
resultado del balance energético entre la energía solar incidente y las
energías reflejada y emitida por la Tierra y la atmósfera. El vapor de agua,
las nubes, los gases de efecto invernadero y los aerosoles son claves en
este balance.
IPCC 2007
• Gases de efecto invernadero: dióxido de carbono
(CO2), metano, óxido nitroso, etc, retienen el calor,
aumentando la temperatura ambiente
Puntos indicadores de fuego registrados por el satélite GOES/NOAA en la región
centro-este de Sud-América
• Las partículas atmosféricas (aerosoles)
atenúan la radiación solar, enfriando en
promedio a la atmósfera terrestre
Aerosoles naturales Aerosoles artificiales
Satélite argentino SAC-C/CONAE
• Ejemplo: Periódicamente el aerosol natural del
Sahara es transportado por el viento hacia el
Atlántico y América Tropical
MODIS/NASA
TOMS/NASA Modelización
(Colaboración ICTP/IFIR)
Forzamiento
radiativo. Es una
variable física, de gran
importancia para el análisis
del cambio climático.
FR = Isolar - Iterrestre
CO2 CH4 HaloC O3 N20 Solar rad H2O Albedo Aerosol --
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Negative contPositive contribution
Ra
dia
tive
fo
rcin
g (
W/m
2)
Components contributing to the global warming
Radiative forcing
Cumulative radiative forming
IPCC 2007
Piacentini y Mujumdar, 2009
Conclusión: el Sol ha contribuido
mínimamente al Forzamiento
Radiativo total del Planeta (en un
7% en los últimos siglos). Somos
los humanos los responsables
principales, ……. algunos mucho
más que otros!
100 0 1100 120 0 1300 14 00 1500 16 00 1700 1 800 1900 2 000 2100
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
(0 .5 7 ± 0 .0 6) C / cen tu ry
(0.020 ± 0.001) C/century
T
em
pe
ra
ture
an
om
aly
(°C
)
Year
Year ly data (M ann et. a l., 1999)
40 point FFT S m oothing
Linear fi t
• Tendencia de la temperatura ambiente: tuvo una leve variación
negativa (-0.02ºC/siglo) en el anterior milenio hasta alrededor del siglo 19 y un
incremento significativo (+0.57ºC/siglo) en el siglo 20.
• En los continentes habitados por los humanos, se ha observado un
aumento significativo de la temperatura terrestre en las últimas
décadas. Este calentamiento global se explica mediante modelización
teórica, solamente si se incluyen los efectos antropogénicos (la acción
humana)
Calentamiento global del planeta
•Según modelos de
cambio climático, la
distribución del
calentamiento
global en la Tierra
no será uniforme en
el presente siglo
• Se concentrará en
los continentes y en
mayor medida en el
Artico
• La predicción de la evolución futura de la precipitación en
la Tierra en los meses de Dic-Ene-Feb y de Jun-Jul-Ago,
indica regiones donde la precipitación aumentará hasta un
20%, otras sin mayores modificaciones y zonas con
reducciones de -20%
100 0 1100 120 0 1300 14 00 1500 16 00 1700 1 800 1900 2 000 2100
-0,5
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-0,3
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0,3
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(0 .5 7 ± 0 .0 6) C / cen tu ry
(0.020 ± 0.001) C/century
Te
mp
era
ture
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om
aly
(°C
)
Year
Year ly data (M ann et. a l., 1999)
40 point FFT S m oothing
Linear fi t
Variación temporal de la Temperatura ambiente. Evolución en el
último milenio de la temperatura ambiente en el Hemisferio Norte. Se observa
el cambio brusco en la pendiente hacia el final del siglo 19 (por lo que se suele
llamar a esta gráfica hockey stick curve) (*).
- La gráfica de la derecha es una reconstrucción basada en diferentes series
de datos (**)
(*) Tratamiento estadístico con Fast Fourier Transform por Piacentini y Mujumdar (2009) a partir de los
datos recopilados por (Mann and Jones, 1999).
(**) Weart S. The discovery of climate change. American Institute of Physics, June 2007. Libro disponible
sin cargo en: http://www.aip.org/history/climate/xmillenia.htm
Greenhouse gases Ozone depleting gases
Stratospheric temperature decrease
Stratospheric water vapour increase
Change in dissolved organic matter (in water)
Changes in ice and snow cover
Changes in atmospheric circulation
Reduction in primary production
Changes in air quality (aerosols)
Climate
change
Ozone depletion and UV-B increase
Changes in DMS influence cloud albedo
Chemical transformations
Reactive species (chlorine etc.)
and transport
Increased ozone depleting chemicals
Solar variability and volcanoes
Changes in air quality (ozone)
Fuente: UNEP Assessment 2002
Interacción entre
cambio climático y
destrucción del
ozono
Ozono (O3)
Distribución en altura
(capa de ozono) >
< Distribución en la
superficie terrestre
(TOMS/NASA)
Comportamiento pasado y
proyectado hacia el futuro
del ozono en el mundo (60º
N-60º S) y en la Antártida
www.al.noaa.gov/WWWHD/Pubdocs/assessment02.html
Fuentes que dañan la capa protectora de ozono
Principal contaminante:
clorofluorocarbono (CFC)
CFCl3
www.al.noaa.gov/WWWHD/Pubdocs/assessment02.html
Efectos biológicos
de la radiación
solar UV y del
calentamiento
global
dBtFtIerit )(),()(
)(40 tIIUV erit
Indice UV
Un
ida
de
s r
ela
tiva
s
Longitud de onda [nm]
Ozono
Pielhumana
National Geographic, Nov. 2002
Irradiancia UV de acción biológica eritémica(de enrojecimiento de la piel)
fotones UVC
Madronich y Flocke,1997
UVB UVA
Cambio climático, radiación
solar UV y cáncer de piel en
humanos (*)
(*) Jan C. van der Leun, Rubén D. Piacentini and Frank R. de Gruijl. Climate change and
human skin cancer. Photochemical and Photobiological Science, 2008.
BCC: Cáncer
baso –celular
SCC: Cáncer
espino-celular
Medición del riesgo solar en
Argentina en las estaciones del
Servicio Meteorológico Nacional
< La estación 4 ubicada en el
Observatorio Astronómico de Rosario
opera bajo la responsabilidad del Grupo
de Energía Solar/IFIR
0
4
8
12
16
20
UV
IN
DE
X
STATION 1 2
MEDIAN
5-95% RANGE
16-84% RANGE
0
4
8
12
UV
IN
DE
X4 5
0
4
8
UV
IN
DE
X
6 7
0
4
8
UV
IN
DE
X
J F M A M J J A S O N D
8J F M A M J J A S O N D
9
Colaboración
IFIR/SMN/WMO/
U Innsbruck, Austria/
F Cáncer de Piel
Cede et al, 2002
Indice UV medido con biómetros
en las estaciones anteriores del
Servicio Meteorológico
Nacional
La Quiaca
Pilar,Cba.
Rosario Bs Aires
C. Rivad. S. Julián
Ushuaia Marambio
Irradiancia solar de 305 nm medida en INGEBI, Buenos Aires
< Mediciones
< Modelización teórica mediante la ecuación de transferenciaradiativa
Micheletti y colaboradores, 2002
Indice ultravioleta solar para cielo despejado y con nubosidad
Pronóstico: Servicio Meteorológico Nacional (www.smn.gov.ar Pronósticos y alertas Intensidad de radiación solar ultravioleta)
Método desarrollado por Piacentini y colaboradores (IFIR)
• Ayudemos a reducir el calentamiento global
con ahorro energético, de materiales y con el
empleo de fuentes de energía renovables
(solar, eólica, hidrógeno, etc)
• Cuidemos la capa de ozono, no usando
productos que la destruyen: freones en
sistemas de refrigeración, etc y halones en
control de plagas (bromuro de metilo), etc.