Meteorología y Clima: Estructura de la Atmósfera, Radiación Solar y Balance Energético
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1. ATM: METEOROLOGÍA Y CLIMA
METEOROLOGÍA: ciencia que estudia la atmósfera y los meteoros.
T. ATM: estudio de la atmósfera en un momento dado: temperatura, presión, humedad y viento.
CLIMA: promedio temporal del estado de la atmósfera en un lugar durante un periodo largo de tiempo.
ATMÓSFERA: contiene aproximadamente el 0,5 % de la masa de la Tierra. Corre horizontalmente y disminuye su presión con la altura. Su masa es de 5·1018 kg y su composición es: N2, O2, Ar, CO2, O3 y H2O.
ESTRUCTURA:
Clasificación en capas según el gradiente de temperatura, que disminuye con la altura.
- TROPOSFERA: disminuye 6,5 ºC/km; contiene el 80 % de la masa atmosférica; llega hasta 10-12 km; en ella se producen los fenómenos meteorológicos.
- ESTRATOSFERA: de 11 a 50 km; la temperatura aumenta con la altura, unos 1,7 ºC/km, porque el ozono (O3) absorbe la radiación UV; contiene el 19,9 % de la masa atmosférica.
- MESOSFERA: la temperatura disminuye con la altura, hasta menos de 200 K, y llega hasta los 85 km.
- TERMOSFERA: la temperatura aumenta con la altura debido a los rayos cósmicos y a las fuentes solares; se extiende a más de 200 km.
2. RADIACIÓN SOLAR
La atmósfera filtra la radiación solar.
- Bandas: se pierde en absorción por la atmósfera.
- Ventanas: no se modifica.
- Gases: O2, N2, O3 (UV), CO2, H2O (IR). IR 53, V 38, UV 9.
INTERACCIÓN
DISPERSIÓN: la radiación se desvía en múltiples direcciones al interactuar con las moléculas de la atmósfera (cielo azul, dispersión de Rayleigh); redistribuye la dirección de la luz sin pérdida de energía (dispersión de Mie, en la dirección del rayo incidente).
REFLEXIÓN: la radiación rebota (reflejada); cambia de dirección pero no de longitud de onda (λ).
TRANSMISIÓN: no hay absorción; la radiación atraviesa.
ABSORCIÓN
BALANCE ENERGÉTICO:
Mecanismos de transferencia: conducción (por choque de moléculas), radiación, convección (transporte).
BALANCE en la superficie terrestre: 51 + 96 = 7 + 23 + 117. De los 117 emitidos por la superficie terrestre en forma de IR, 6 se escapan por la ventana atmosférica, 7 son calor sensible por corrientes, 23 corresponden al cambio de fase y 111 son absorbidos por los gases de efecto invernadero (GEI).
BALANCE en la atmósfera: 19 + 7 + 23 + 111 = 64 + 96. De los 96 unidades que la atmósfera recibe de la Tierra, 64 se dirigen al espacio y 96 a la Tierra por los GEI.
Sistema Tierra-atmósfera en equilibrio: 100 = 100 (30 + 6 + 64), un triple balance energético.
3. TEMPERATURA
INSOLACIÓN:
Depende principalmente de la latitud (climas). La distribución de energía depende de la hora, el día, la estación y la latitud. La cantidad de energía depende de la órbita solar, la altura solar, la inclinación del eje y la atmósfera.
- Atmósfera: depende de la transparencia y el espesor, que a su vez dependen de la inclinación de los rayos solares.
DECLINACIÓN Y ALTURA:
- Declinación solar: ángulo que forma la línea que une el centro del Sol y el centro de la Tierra con el plano del ecuador; por tanto, es el ángulo que forma la eclíptica con el plano del ecuador. Depende de la época del año.
- Altura solar: ángulo del Sol respecto al horizonte del lugar; depende de la hora (90º = cenit, con el ojo en contacto con el sol).
ZONAS CLIMÁTICAS:
- Polos: paralelos cuya latitud es de al menos 1 vez al año; un día durante el cual el sol está sobre el horizonte 24 horas (24 h/día).
- Trópicos: paralelos situados al N o S, donde los rayos del sol inciden perpendicularmente sobre la Tierra.
- Latitudes: ecuatorial 10º, tropical 25º, subtropical 35º, latitud media 55º, subártica 60º, antártida 75º, polar 90º.
FACTORES DE TEMPERATURA: latitud (insolación), suelo (absorción 50 %, calor), vegetación, altitud, agua y nubosidad.