MODELOS DE ATMÓSFERA

1. Física Ambiental MODELOS DE ATMÓSFERA * PLANETA SIN ATMÓSFERA * MODELO ATMÓSFERA NO ABSORBENTE * MODELO ATMÓSFERA CON ABSORCIÓN SELECTIVA * BALANCE DE RADIACIÓN EN LA TIERRA (PROMEDIO) * EJERCICIOS

2. Física Ambiental * PLANETA SIN ATMÓSFERA Densidades de potencia (W·m-2) Flujo de energía reflejada (fuente: el planeta). Flujo de energía incidente (fuente: el Sol). Igualdad de flujos Temperatura T del planeta medida desde el exterior Aplicación ley Stefan-Boltzmann al flujo saliente

3. Física Ambiental * PLANETA SIN ATMÓSFERA (2)

4. Física Ambiental * MODELO ATMÓSFERA SIMPLE NO ABSORBENTE Absorbe toda la radiación de onda larga emitida por el planeta Es transparente a la radiación de onda corta procedente del Sol Balance energía suelo: Balance energía atm: Temperatura T del planeta medida desde el exterior Aplicación ley Stefan-Boltzmann al flujo saliente

5. Física Ambiental * MODELO ATMÓSFERA SIMPLE NO ABSORBENTE (2) Es transparente a la radiación de onda corta procedente del Sol Absorbe toda la radiación de onda larga emitida por el planeta

6. Física Ambiental * MODELO ATMÓSFERA CON ABSORCIÓN SELECTIVA Flujo de energía incidente: la atmósfera absorbe una fracción C1 de la radiación de onda corta procedente del Sol, Flujo de energía saliente: la atmósfera absorbe una fracción C2 de la radiación de onda larga emitida por el suelo, C2 es el coeficiente de absorción de la radiación saliente. C1 es el coeficiente de absorción de la radiación entrante. Balance energía suelo: (*) (**) Balance energía atm: (*) (**) SIGUE

7. Física Ambiental * MODELO ATMÓSFERA CON ABSORCIÓN SELECTIVA (2) Flujo de energía incidente: de la radiación proce- dente del Sol, la atmósfera absorbe una fracción C1. Flujo de energía saliente: la atmósfera absorbe una fracción C2 de la radiación emitida por el suelo, C2 es el coeficiente de absorción de la radiación saliente. C1 es el coeficiente de absorción de la radiación entrante. Balance energía suelo: Balance energía atm: Obtenemos TEQ en función de , , C1 y C2 Llamamos (coeficiente cuerpo gris) Temperatura T del planeta medida desde el exterior Aplicación ley Stefan-Boltzmann

8. Física Ambiental * MODELO ATMÓSFERA CON ABSORCIÓN SELECTIVA (3) EIN es el flujo de energía (W·m-2) que entra al sistema. EOUT es el flujo de energía (W·m-2) que sale del sistema. Coeficientes de absorción atmosféricos C1 es el coeficiente de absorción de la radiación entrante. C2 es el coeficiente de absorción de la radiación saliente. Valores típicos atmósfera Tierra

9. 6 20 4 6 Física 38 26 Retrodi- fundida por aire 16 3 Ambiental Absorción por vapor agua, CO2 y otros gases invernadero Flujo calor sensible = 70 Flujo calor latente Absorción en nubes 51 BALANCE DE RADIACIÓN EN LA TIERRA (PROMEDIO) IR hacia el exterior Reflejada 100 % Emisión neta vapor agua, CO2 y otros gases invernadero Reflejada por la superficie Emisión nubes Absorción por vapor de agua, polvo y ozono Atmósfera 16 + 3 15 Reflejada por nubes 6 +15 + 7 + 23 = 70 6 + 26 + 38 23 21 7 Superficie Infrarrojo Onda corta 21 + 7 + 23 = 51 = 100 16 + 3 + 51 + 6 + 20 + 4 Adaptado de Andrew P. Ingersoll, “La atmósfera”, Investigación y Ciencia, Temas 12.

10. Física Ambiental Ejercicio 1 Tritón, el mayor satélite de Neptuno, es el cuerpo celeste donde una sonda espacial ha medido la menor temperatura del sistema solar (34.5 K). Hágase una estimación de la temperatura en la superficie de este satélite utilizando un modelo apropiado: se tendrá en cuenta que su atmósfera es muy liviana (presión en superficie  0.001 kPa) y está compuesta principalmente de nitrógeno (99,9%) con pequeñas trazas de metano (0.01%). Albedo de Tritón: 0.76. Distancia de Neptuno al Sol: 30 UA. Constante solar terrestre: 1366 W·m-2. Constante ley Stefan- Boltzmanns = 5.68·10-8W·m-2·K-4. La unidad astronómica (UA) es la distancia media de la Tierra al Sol. Ya que Neptuno está a 30 UA, la constante solar en sus alrededores será 900 veces menor que en la Tierra: Dado que la atmósfera es tan liviana y que además está compuesta principalmente por nitrógeno, el cual es transparente tanto a la radiación de onda corta procedente del Sol como a la radiación infrarroja devuelta por el satélite, usaremos el modelo de planeta sin atmósfera para calcular la temperatura de equilibrio. Concordancia con la temperatura medida Tritón (foto Voyager 2)

11. Física Ambiental Ejercicio 2 De acuerdo con las teorías de evolución estelar, el Sol aumentará su brillo en un 10% cada 1000 millones de años. Estime la temperatura de la Tierra dentro de 1000 y 2000 millones de años, suponiendo que las condiciones de la atmósfera permanezcan iguales que la actualidad y que debido a la disminución de la nubosidad, el albedo se reducirá en un tercio para dentro de 1000 millones de años y a la mitad de su valor actual dentro de 2000 millones de años. Datos de la Tierra hoy: albedo = 0.3; constante solar: 1366 W·m-2; coeficiente de absorción de radiación onda corta C1 = 0.1; coeficiente de absorción de radiación de onda larga C2 = 0.8. Constante ley Stefan- Boltzmanns = 5.68·10-8W·m-2·K-4. El aumento de brillo indica un aumento correspondiente de la potencia emitida por el Sol , por lo que la constante solar también aumentará en la misma proporción. 2000 millones de años, S = 1639.2 W·m-2 (+20%), a = 0.15 1000 millones de años, S = 1502.6 W·m-2 (+10%), a = 0.2

12. Física Ambiental Ejercicio 3 Hace unos 650 millones de años la Tierra sufrió un episodio de glaciación global conocido como “Tierra bola de nieve”, durante el cual se cree que la temperatura media en superficie descendió hasta un valor promedio de -50 ºC. Debido a la cobertura de hielo, el albedo era significativamente mayor que en la actualidad. Estime un valor para el albedo en aquella época, suponiendo que la constante solar era un 5% menor que hoy en día y que las propiedades absorbentes de la atmósfera eran sensiblemente iguales a las que prevalecen actualmente. Datos de la Tierra hoy: constante solar: 1366 W·m-2; coeficientes de absorción atmosférica: onda corta C1 = 0.1; onda larga C2 = 0.8. Constante ley Stefan- Boltzmanns = 5.68·10-8W·m-2·K-4. Tabla de valores obtenida usando la hoja Excel para el modelo de absorción selectiva