TEMA 4: BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA EN LA TIERRA

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2 TEMA 4: BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA EN LA TIERRA Objetivos: (1) Describir el balance de energía global en la Tierra considerando la existencia de flujos de energía radiativos y no radiativos (flujo de calor sensible y latente). Se tendrá en cuenta la existencia de una atmósfera que absorbe parte de la radiación solar incidente y la existencia de una ventana atmósférica (cosa que no se consideró en los dos modelos heurísticos considerados en el tema 3). (2) Analizar la dependencia latitudinal del balance energético global. Contenidos: 1. Balance de energía global en el sistema climático de la Tierra. 1. Dependencia latitudinal del balance energético radiativo 2. Distribución latitudinal de los diferentes flujos de energía en la superficie de la Tierra. 1. Distribución latitudinal de la radiación de onda larga emitida por la superficie de la Tierra 2. Distribución latitudinal de la radiación solar incidente en la superficie de la Tierra 3. Distribución latitudinal de los flujos de calor latente y sensible

3 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Aunque la temperatura de cualquier lugar puede variar considerablemente de un año para el, en general la temperatura promedio global anual varía muy poco de un año al siguiente la tierra y su atmósfera (en conjunto) deben enviar al espacio la misma cantidad de energía que reciben del sol. El mismo balance debe existir entre la atm y la superficie Radiación directa: radiación solar que llega directamente al suelo sin haber sido absorbida ni dispersada. Radiación difusa: es la radiación solar que llega a la superficie de la tierra después de haber sufrido múltiples desviaciones a lo largo de su trayectoria por dispersión o reflexión.

4 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Supongamos que del sol nos llegan 100 unidades de energía: El albedo planetario es del 30% 4% es reflejado por la superficie de la tierra 20% las nubes 6% es reflejado por la atmósfera LAS NUBES SON LAS QUE MÁS CONTRIBUYEN AL ALBEDO PLANETARIO 19 % son absorbidas por la atmósfera (fundamentalmente ozono en la estratosfera, oxígeno y nitrógeno en la termosfera, nubes en la troposfera) El resto, 51 %, llega a la superficie de la Tierra en forma de radiación directa y difusa.

5 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente?

6 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? De las 70 unidades que entran, 19 son absorbidas por la atmósfera y las nubes 51 unidades llegan a la superficie de la tierra y son absorbidas por la misma Nótese que la cantidad de energía procedente del sol que absorbe la superficie de la Tierra es el 50% (aprox) de lo que llega a la cima de la atmósfera.

7 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? De las 51 unidades que llegan a la superficie de la tierra, aproximadamente unas 23 se emplean en evaporar agua, y 7 se pierden en forma de calor latente (conducción y convección)

8 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? Por otro lado, en forma de radiación la superficie de la Tierra pierde 117 unidades de las que 6 escapan directamente hacia el espacio (ventana atmosférica) y 111 son absorbidas por los GHG (gases efecto invernadero principalmente vapor de agua, dióxido de cabono) y las nubes.

9 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? De las 111 unidades de radiación terrestre absorbidas por la atmósfera, 96 vuelven a ser reemitidas hacia la superficie produciendo el efecto invernadero.

10 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? De toda la energía que recibe la superficie de la tierra, la cantidad que absorbe procedente de los GHG es casi el doble de la que recibe del sol.

11 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? Pero entre todos estos intercambios de energía, nótese que la cantidad total de energía que pierde la Tierra son 147 unidades y es balanceada por la energía que gana (otras 147 unidades procedentes sol + GHG). Existe un balance energético en superficie

12 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? Centrémonos ahora en la atmósfera: Ganancias: 7 (calor sensible) + 23 (calor latente) (radiación de onda larga) +19 (radiación de onda corta) = 160 unidades. Pérdidas: 64 (emisión IR hacia el espacio) + 96 (emisión IR hacia la superficie) = 160 unidades. Ganancias = Pérdidas Equilibrio energético

13 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? Cima de la atmósfera: Entra: 70 unidades Salen: 6 (ventana atmosférica) + 64 (radiación IR de los GHG) = 70. Equilibrio energético radiativo

14 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Cómo la Tierra y su atmósfera mantienen este equilibrio radiativo anualmente? Tanto en la cima de la atmósfera, como en la atmósfera, como en la superficie de la Tierra: la misma cantidad de energía que se pierde es la que se gana existe un balance de energía. Fundamentalmente, no hay una ganancia o pérdida neta de energía, por lo que la temperatura de la Tierra y de la atmósfera permanece aproximadamente constante.

15 1) Balance de energía global en el Sistema Climático de la Tierra Dependencia latitudinal del balance de energía radiativo Aunque la tierra y la atmósfera mantienen este balance de energía anualmente, tal balance no se mantiene en cada latitud. Altas latitudes tienden a perder más energía de la que reciben del sol, mientras que las latitudes bajas tienden a ganar más energía que la que pierden. El origen de este desajuste se encuentra en que la radiación solar total incidente en la superficie de la Tierra depende de la latitud (sólo a 38ºN y 38ºS existe equilibrio radiativo).

16 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra

17 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra

18 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra

19 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra

20 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra

21 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra Niveles máximos en los subtrópicos continentales (donde las altas presiones semipermanentes conducen a cielos despejados y abundante calentamiento de la superficie). El flujo de calor sensible depende de las diferencias de temperatura entre el aire y el la superficie, y de la velocidad del viento.

22 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra Máximos sobre regiones dominadas por los anticiclones subtropicales, donde hay cielos despejados, temperaturas de la superficie del mar relativamente altas y mucha evaporación. En general, la evaporación en la superficie también es abundante sobre las corrientes oceánicas cálidas del lado oeste de los océanos. Sobre los continentes, se producen máximos en la superficie sobre la selva amazónica, la selva tropical de la cuenca del Congo y la selva tropical del sudeste asiático, donde los índices de evapotranspiración son elevados. Los mínimos del flujo de calor latente en la superficie coinciden con los desiertos subtropicales.

23 2) Distribución latitudinal de los flujos de energía en la superficie de la Tierra

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27 Anexo La Tierra se mueve alrededor del Sol en una órbita elíptica, completando una vuelta cada 365 días aprox. A su vez, en ese movimiento de traslación, la Tierra rota sobre su eje, dando una vuelta por día. La Distancia promedio Tierra Sol es de 150 millones de km Pero como la órbita es elíptica y el sol no se encuentra exactamente en el centro* de la elipse, la distancia de la Tierra al Sol varía a lo largo del año: Julio 152 millones de km Enero 147 millones de km A partir de acá uno podría concluir erróneamente que el verano vendría dado por la época del año en la que nos encontramos más cerca del sol. Sin embargo, la cercanía al sol es sólo una pequeña parte de toda la historia.

28 Anexo Las estaciones están reguladas por la cantidad de energía solar que recibe la superficie de la Tierra, y esta cantidad está determinada por dos factores: (1) El ángulo con el que los rayos del sol inciden sobre la superficie de la Tierra (FACTOR FUNDAMENTAL) (2) En número de horas de luz en una latitud dada (1) ÁNGULO DE INCIDENCIA La intensidad con la que incide la radiación depende del ángulo con el que el haz incide sobre la superficie del planeta. Cuanto mayor sea la perpendicularidad con la que los rayos del sol inciden sobre la superficie del planeta, mayor es la intensidad de radiación que por unidad de superficie recibe el planeta (se calienta más la superficie).

29 Anexo (2) Nº DE HORAS DE LUZ Cuanto mayor sea la duración del día, mayor es el número de horas que la superficie está recibiendo radiación solar y mayor es el calentamiento. Por simple observación, sabemos que los días de verano tienen más horas de luz que los de invierno. Al 12hrs en verano, el sol se encuentra más alto (incidencia más perpendicular) que en inverno. Ambas cosas: mayor perpendicularidad de los rayos al incidir en la superficie del planeta y nº de horas de luz son consecuencia de que el eje de rotación del planeta está inclinado 23.5º Este eje apunta a la misma dirección del espacio todo el tiempo. Pero el factor decisivo es la inclinación del eje de rotación