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La Atmosfera y Su Influencia Sobre La Radiacion Solar PDF
La Atmosfera y Su Influencia Sobre La Radiacion Solar PDF
La Atmosfera y Su Influencia Sobre La Radiacion Solar PDF
Javier Lozano
javier.lozano@uam.es
4. HIDROSFERA
4.1. El agua en el planeta.
4.2. Mares y océanos.
4.3. Las grandes cuencas hidrográficas.
4.4. Los regímenes fluviales.
4.5. Uso y aprovechamiento de las aguas.
4.6. Dinámica litoral y paisajes costeros.
5. Biosfera
6. ACCIÓN HUMANA EN EL MEDIO NATURAL: LOS GRANDES PROBLEMAS AMBIENTALES
6.1. Los desequilibrios del sistema natural por causa antrópica: contaminación del suelo agua
y atmósfera.
6.2. La degradación biológica.
6.3. Acciones preventivas y correctoras: protección y conservación de la naturaleza.
Javier Lozano javier.lozano@uam.es
Geografía del Sistema Natural
3. ATMÓSFERA
Longitud
Longitud y Frecuencia
Tarbuck, et al. [2012]. The Atmosphere: an Introduction to Meteorology. Pearson. 12 Edit. 533 pag.
The Electromagnetic Spectrum (https://science.nasa.gov/ems/).
Ahrens, D. and Henson, R [2018]. Essentials of Meteorology: an invitation to the Atmosphere. Cengage Learning. 8 Edit. 550 pag.
Tarbuck, et al. [2012]. The Atmosphere: an Introduction to Meteorology. Pearson. 12 Edit. 533 pag.
• Más del 90% de la radiación solar está comprendida entre las longitudes de onda de 0,15 μm
(micras) y 4 μm.
• Si la temperatura del Sol se
aproxima a los 6000 °K, su
emisión máxima de longitud de
onda será:
µmK
λmax = = 0.483 µm
• Si la temperatura de la Tierra se
aproxima a los 300 °K, su emisión
máxima de longitud de onda será:
µmK
λmax = = 9.66 µm
Tarbuck, et al. [2012]. The Atmosphere: an Introduction to Meteorology. Pearson. 12 Edit. 533 pag.
The Electromagnetic Spectrum (https://science.nasa.gov/ems/).
Introducción Fuente energética de la Tierra
Desde arriba a la izquierda: IR, visible, ultravioleta, ultravioleta lejano, rayos X y rayos Gamma.
• Infrarrojo: la mayor parte de lo que se ve es la humedad de nuestra atmosfera.
• Ultravioleta: Tomada por la cámara UV/espectrógrafo dejado en la Luna por la misión Apolo 16. La parte derecha esta iluminada por el Sol. En la
parte oscura se ven débiles bandas UV, formadas por partículas cargadas del Sol desviadas en espiral en el campo magnético de la Tierra.
• Ultravioleta lejano: Esta imagen muestra la interacción entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra.
• Rayos X: Se ve fundamentalmente una aurora boreal. Otras cosas parecen no verse en estas longitudes de onda.
• Rayos Gamma: Los puntos rojos representan energías entre 35 y 100 Mev, en verde de 100 Mev a 1 Gev, y en azul de 1 a 10 Gev. Este radiación es
debida a los rayos cósmicos que golpean permanentemente la atmósfera (que, por suerte, protege a la Tierra).
Introducción Fuente energética de la Tierra
• Cuando la radiación solar (o radiación electromagnética) atraviesa la atmósfera sufre un proceso de
atenuación por diferentes fenómenos:
reflexión,
dispersión, y
absorción,
• Estos tres fenómenos no son excluyentes unos de
otros y pueden darse simultáneamente en un
objeto.
• La atenuación provoca que la radiación solar que
alcanza la superficie terrestre (mares/tierra) sea
menor que la que incidente en la parte superior de
la atmósfera.
Atenuación Reflexión
• La reflexión (o radiación reflejada –también denominada albedo–) es el proceso por el cual la luz
rebota en cualquier objeto (gases atmosféricos, aerosoles, superficie terrestre, etc.), sin penetrar en
el mismo y manteniendo la intensidad de la radiación original. La energía reflejada no interviene,
inicialmente, en el calentamiento de la atmósfera.
• La luz que se refleja puede hacerlo con un
ángulo igual al ángulo de incidencia (reflexión
especular) o puede reflejarse con otros ángulos
distintos (reflexión difusa), dependiendo de que
la superficie sea totalmente plana o tenga
texturas e irregularidades. Normalmente, la
reflexión especular es percibida como brillo,
mientras que la reflexión difusa es percibida
como mate.
θinc θref
θinc = θref
θinc = θref
Leelakrishnan, L [2022]. Scattering of Light: Definition, Types of Scattering & Examples (https://www.embibe.com/exams/scattering-of-light/#Types-of-Scattering)
Atenuación Reflexión
• En general, las superficies oscuras y rugosas reflejan menos que las claras y lisas. El albedo del agua
es, en promedio, menor que el del suelo, debido a que los rayos solares normalmente penetran más
en el agua que en la tierra. Al aumentar la humedad del suelo, este absorbe mayor cantidad de
radiación global, lo que determina el régimen térmico de las superficies.
Stephens, G. et al [2015]. The albedo of Earth. Review of Geophysics. 53, 141–163. doi: 10.1002/2014RG000449.
Measuring Earth’s Albedo (https://earthobservatory.nasa.gov/images/84499/measuring-earths-albedo)
Atenuación Reflexión
Atenuación Reflexión
• Cambios en el Albedo terrestre en el periodo 1-03-2000 / 31-12-2011
Atenuación Dispersión
• La dispersión es el proceso por el cual la luz se introduce en un medio (moléculas, gases, aerosoles,
etc.) diferente al inicial para ser radiada posteriormente en diferentes direcciones y sin que se altere
la longitud de onda.
• La dispersión dependerá de:
1. longitud de onda: normalmente, cuanto menor sea la longitud de onda, mayor será la
dispersión; y
2. tamaño y naturaleza de la sustancia donde se introduce la radiación y puede dar lugar a
una dispersión selectiva y no selectiva. (A) cuando es provocada por moléculas gaseosas
mucho más pequeñas que las longitudes de onda de la radiación (por ej.: O2, O3, H2O y CO2),
resulta en una dispersión selectiva denominada dispersión de Rayleigh. (B) Cuando es
provocada por partículas con diámetros similares a los de la longitud de onda incidente
resulta en una dispersión, también selectiva, denominada Dispersión Mie (pero no es
apreciable en el espectro visible). (C) Cuando es provocada por partículas mucho más grandes
que la longitud de onda, se habla de dispersión no selectiva.
Leelakrishnan, L [2022]. Scattering of Light: Definition, Types of Scattering & Examples (https://www.embibe.com/exams/scattering-of-light/#Types-of-Scattering)
Dispersión Dispersión de Rayleigh
• Algunos gases de la atmósfera (como el O2, O3, H2O y CO2) dispersan con mayor efectividad las
longitudes de onda más cortas (violeta y azul) que las más largas (naranja y rojo). Esto explicaría
los colores del cielo:
Azul del cielo: al atravesar una atmósfera más delgada, este será el color del cielo para un
observador ubicado en la superficie terrestre; salvo a la salida y a la puesta del Sol.
Colores arrebolados (rojo y naranja): al amanecer y en el crepúsculo, la radiación solar debe
recorrer un camino más largo (la atmósfera es más gruesa), de modo que el rojo (con la longitud
de onda más larga dentro del espectro visible) es el último color en ser dispersado, llegando
hacia el observador la característica tonalidad arrebolada o rojiza.
Leelakrishnan, L [2022]. Scattering of Light: Definition, Types of Scattering & Examples (https://www.embibe.com/exams/scattering-of-light/#Types-of-Scattering)
Dispersión Dispersión No selectiva
• Este tipo de dispersión ocurre cuando el tamaño de las partículas que la provocan es mucho más
grande que la longitud de onda de la radiación que la sufre. Los causantes de este tipo de dispersión
suelen ser grandes partículas de polvo y pequeñas gotas de agua suspendidas en la atmósfera. Se
denomina no selectiva porque todas las longitudes de onda se dispersan más o menos por igual.
• Este fenómeno, frecuentemente causado por las gotas de agua, es el causante de que las nubes y la
niebla se aprecien de color blanco ya que todos los colores del visible se dispersan lo mismo.
Leelakrishnan, L [2022]. Scattering of Light: Definition, Types of Scattering & Examples (https://www.embibe.com/exams/scattering-of-light/#Types-of-Scattering)
Atenuación Dispersión
• Aproximadamente la mitad de la radiación dispersada se pierde en el espacio exterior; la otra mitad
dirige hacia la superficie de la Tierra desde todas las direcciones como radiación difusa. Esta
radiación explicaría cómo llega la luz a las zonas bajo las ramas de un árbol o cómo se ilumina
cualquier espacio en ausencia de luz solar directa.
Leelakrishnan, L [2022]. Scattering of Light: Definition, Types of Scattering & Examples (https://www.embibe.com/exams/scattering-of-light/#Types-of-Scattering)
Atenuación Absorción
• La absorción es el fenómeno por el cual ciertas moléculas atmosféricas (gases y aerosoles)
absorben determinadas longitudes de onda, es decir, actúan selectivamente, quedando el resto de
longitudes intactas.
• Ello implica una modificación en las propiedades espectrales de la radiación entrante, como su
pérdida de energía. Toda la energía visible que no es absorbida se percibe como color, ya que es
reflejada-dispersada.
Atenuación Absorción
• Los principales elementos que absorben la radiación solar son: vapor de agua (H2O), el dióxido de
carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y el ozono (O3); aunque gases como el hidrógeno
(H) y el nitrógeno (N), también contribuyen a la absorción.
Ahrens, D. and Henson, R [2018]. Essentials of Meteorology: an invitation to the Atmosphere. Cengage Learning. 8 Edit. 550 pag.
Tarbuck, et al. [2012]. The Atmosphere: an Introduction to Meteorology. Pearson. 12 Edit. 533 pag.
Absorción Dióxido de carbono (CO2)
• El dióxido de carbono (CO2) es un importantísimo GEI, ya que absorbe significativamente la
radiación con una longitud de onda de 15 μm, es decir, la radiación infrarroja (radiación que provoca
calentamiento).
• El CO2 entra y sale constantemente de la atmósfera a través de cuatro procesos principales:
fotosíntesis, respiración, descomposición o deterioro orgánico y combustión o quema de materia
orgánica. Además, puede mantenerse por largo tiempo en la atmósfera.
Ahrens, D. and Henson, R [2018]. Essentials of Meteorology: an invitation to the Atmosphere. Cengage Learning. 8 Edit. 550 pag.
Tarbuck, et al. [2012]. The Atmosphere: an Introduction to Meteorology. Pearson. 12 Edit. 533 pag.
Ahrens, D. and Henson, R [2018]. Essentials of Meteorology: an invitation to the Atmosphere. Cengage Learning. 8 Edit. 550 pag.
Tarbuck, et al. [2012]. The Atmosphere: an Introduction to Meteorology. Pearson. 12 Edit. 533 pag.
Absorción Toda la Atmósfera
• Considerando el conjunto total de gases que conforman la atmósfera, se podría afirmar que ningún
gas es efectivo absorbiendo radiaciones con longitudes de onda entre 0.3 y 0.7 µm, lo que da lugar a
un vacío en la región visible que se corresponde con una gran fracción de la radiación solar (se dice
que la atmósfera es transparente a este tipo de radiación). Esto explicaría por qué la radiación
visible llega a la Tierra.
• En la banda entre 8 y 11 µm aparece la denominada “ventana atmosférica” debido a que en ese
rango de longitud de onda la atmósfera no absorbe radiación (especialmente el vapor de agua y el
dióxido de carbono). Esta energía, en principio, escaparía al espacio exterior.
Geoengineering.global (https://geoengineering.global/solar-radiation-management/)
Climate and Earth’s Energy Budget (https://earthobservatory.nasa.gov/features/EnergyBalance).
Radiación incidente Síntesis
Geoengineering.global (https://geoengineering.global/solar-radiation-management/)
Climate and Earth’s Energy Budget (https://earthobservatory.nasa.gov/features/EnergyBalance).