1 / 39

LA ATMÓSFERA TERRESTRE. Indice

Física. Ambiental. LA ATMÓSFERA TERRESTRE. Indice. 2.- LA ATMOSFERA TERRESTRE Origen y composición de la atmósfera La atmósfera estándar Capa límite Presión

kristy
Download Presentation

LA ATMÓSFERA TERRESTRE. Indice

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Física Ambiental LA ATMÓSFERA TERRESTRE. Indice 2.- LA ATMOSFERA TERRESTRE Origen y composición de la atmósfera La atmósfera estándar Capa límite Presión Temperatura. La distribución vertical de temperaturas Ciclo diario de temperaturas Viento Precipitación Equipo docente: Alfonso Calera Belmonte Antonio J. Barbero

  2. Física Ambiental ORIGEN Y COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA INTERACCIÓN DE LA ATMÓSFERA Y LA SUPERFICIE DEL PLANETA Equipo docente: Alfonso Calera Belmonte Antonio J. Barbero Departamento de Física Aplicada UCLM

  3. Física Ambiental FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA Formada originalmente por los gases emitidos por componentes volátiles internos y erupciones volcánicas. El Oxígeno se formó por mecanismos biológicos. Los gases fueron retenidos por la fuerza de gravedad. En las erupciones volcánicas actuales se observa que los volátiles más comunes son H2O (85%), CO2 (10%) y SO2 y compuestos de nitrógeno (resto). Baja proporción actual de H2O en la atmósfera Baja proporción actual de CO2 en la atmósfera La atmósfera actual Predominio del nitrógeno Presencia de otros componentes (pequeña concentración) Presencia de una importante fracción de O2 http://www.xtec.es/~rmolins1/solar/es/planeta02.htm Información adicional: http://faculty.weber.edu/bdattilo/shknbk/notes/atmsphrorgns.htm

  4. ATMÓSFERA ESTÁNDAR Física Ambiental • La temperatura del aire a 0 metros (nivel del mar) es de 15 ºC (288.15 K) • La presión atmosférica a 0 metros es de 1013.25 hPa • El aire es seco y se comporta como un gas perfecto • La aceleración de la gravedad es constante e igual a 980.665 cm/s2 • Desde el nivel del mar hasta los 11 km la temperatura decrece con la altura a razón de 6.5 ºC/km: T = 288.15 K -( 6.5 K/km)· H (H: altura en km) • En este nivel la presión se estima mediante P = 1013.25 hPa ·(288.15 K/T)^-5.256 • Desde los 11 a los 20 km la temperatura se mantiene constante e igual a 216.65 K • En este nivel la presión se calcula como P = 226.32 hPa · exp(-0,1577·(H-11km)) • Desde los 20 a los 32 km la temperatura aumenta: T = 216.65 K + (H-20 km) (H: altura en km) • En este nivel la presión se calcula: P = 54.75 hPa · (216.65K/T)^34.16319

  5. 520 510 Física 500 TERMOPAUSA 490 160 150 140 Ambiental 130 120 110 100 90 Altura 80 70 60 Capa homogénea 50 40 30 20 10 -100 -50 0 50 100 150 200 500/1500 ATMÓSFERA ESTÁNDAR. PERFIL DE TEMPERATURAS La temperatura en la termosfera depende mucho de la actividad solar y puede variar entre 500 ºC y 1500 ºC. Exosfera TERMOPAUSA Termosfera (km) MESOPAUSA Mesosfera ESTRATOPAUSA Estratosfera TROPOPAUSA Troposfera Temperatura (ºC) Gráfico elaborado según datos de http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/images/profile_jpg_image.html

  6. Física Partículas cargadas y no cargadas Colisiones muy poco frecuentes Termosfera 1% resto MESOPAUSA  80 km Partículas cargadas (ionosfera) 99% resto Ambiental ESTRATOPAUSA  50 km Muy seca, incremento concentración O3 Largos tiempos de permanencia de partículas Mezcla vertical muy reducida 99.9% masa  10 - 12 km TROPOPAUSA dT/dz  -7 K·km-1 80% masa, 100% vapor de agua Suceden todos los fenómenos meteorológicos: circulación general atmosférica, nubes, borrascas, ciclones LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA. TROPOSFERA Mesosfera Estratosfera Troposfera

  7. CAPA LIMITE PLANETARIA. LA CAPA DONDE INTERACTUAN LOS SERES VIVOS Física Troposfera PBL Ambiental  Los intercambios de energía y materia están relacionados con las turbulencias  Es una capa de mezcla  Dilución de contaminantes La capa límite planetaria es la capa de la atmósfera (300 -3000 m de espesor) que interactúa con la superficie terrestre, y que es influenciada por los intercambios de energía y materia con dicha superficie (Planetary Boundary Layer, PBL, o Atmospheric Boundary Layer, ABL)

  8. Turbulencia: vórtices y remolinos asociados a diversas causas Física 10000 1000 BASE DE LAS NUBES CAPA EXTERNA Ambiental 100 Altura (orden de magnitud, m) TROPOSFERA CAPA LÍMITE 10 RUGOSIDADES SUPERFICIALES CAPA SUPERFICIAL CAPA RUGOSA 1 CONCEPTO DE CAPA LÍMITE La capa límite es la parte de la troposfera influida directamente por la superficie de la Tierra, y que responde a las fuerzas superficiales en una escala temporal de alrededor de una hora o menos. TROPOPAUSA Las fuerzas asociadas a la superficie de la Tierra incluyen fricción de arrastre, transferencia de calor, evaporación y transpiración, emisión de contaminantes y características del terreno que modifican el flujo.

  9. Componentes mayoritarios aire seco Física Componentes mayoritarios aire seco (% masa) Ambiental COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA COMPOSICIÓN POR DEBAJO DE 100 km (porcentajes) Vapor de agua (altamente variable): Hasta 4% (volumen) Adaptado de John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press

  10. Física Ambiental COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA (2) (partes por millón en moléculas) Componentes minoritarios Ozono: 0-12 ppm

  11. Concentración CO2 (ppm) Física 335 330 325 320 Año 315 Ambiental 1958 1960 1962 1964 1970 1966 1968 1972 1974 29% ACTIVIDAD HUMANA y CO2 ATMOSFÉRICO Datos del observatorio de Mauna Loa (Hawaii). Adaptado de John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Incrementos de concentración desde 1750 280 ppm 1750 360 ppm Actual Datos basados en http://zebu.uoregon.edu/1998/es202/l13.html Más información sobre ciclo del carbono: http://www.hamburger-bildungsserver.de/welcome.phtml?unten=/klima/klimawandel/carbondioxid/concentration.html

  12. Física Ambiental PRESIÓN, TEMPERATURA, VIENTO Y PRECIPITACIÓN

  13. Física Ambiental PRESIÓN. Concepto y unidades Presión, p: magnitud física que expresa la acción de un gas sobre la superficie de un sólido o líquido y es el cociente entre la fuerza normal a la superficie y el área de la superficie sobre la que se ejerce. Algunos conceptos Presión absoluta = Presión atmosférica local + Presión manométrica Unidades en el SI: p [Pa = N/m2] ; Pa, Pascal; kilopascal [kPa] 1 kPa = 103 Pa bar 1 bar = 100 kPa milibar (mbar) 1 mbar = 0.1 kPa metro de columna de agua (m.c.a.) 1 m.c.a. = 0.9807 kPa atmósfera (atm) 1 atm = 101.325 kPa milímetros de mercurio (mmHg) 1 mmHg = 0.1333kPa kg/cm2 1 kg/cm2 = 98.07 kPa

  14. Física Ambiental B z Variación vertical >> variación horizontal A PRESIÓN ATMOSFÉRICA Debida al peso de la columna de aire que se encuentra por encima de un lugar Por debajo de 100 km, para una altura dada, la presión está prácticamente siempre dentro de un intervalo de un 30% de un valor estándar.

  15. Física (p+dp)dS z ρ g dS dz Ambiental dz pdS PRESIÓN Su variación con la altura en la atmósfera terrestre Ecuación de la estática de los fluidos: dp = - ρ g dz La presión, p,[Pa] disminuye con la altura a un ritmo que depende del valor de la densidad ρ[kg m-3] y de la aceleración de la gravedad, g [m s-2], que a su vez varían con la altura, z [m]. Variación de la presión con la altura Presión a nivel de mar (altura cero) : 1 atm= 101.325 kPa (Atmósfera estándar) Presión atmosférica a diferentes alturas Ecuación válida para la troposfera p [kPa]; z [m]

  16. Física Ambiental z PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2) Deducción de la ecuación de variación de la presión con la altura Combinando ec. de estado de gases ideales con la ec. de de la hidrostática y asumiendo una disminución lineal de la temperatura con la altura T = To – α z

  17. Física (p+dp)dS z ρ g dS dz Ambiental dz pdS Presión a nivel de mar (altura cero) : 1 atm= 101.325 kPa (Atmósfera estándar) Presión atmosférica a diferentes alturas Ecuación válida para la troposfera p [kPa]; z [m] PRESIÓN Su variación con la altura en la atmósfera terrestre Ecuación de la estática de los fluidos: dp = - ρ g dz La presión, p,[Pa] disminuye con la altura a un ritmo que depende del valor de la densidad ρ[kg m-3] y de la aceleración de la gravedad, g [m s-2], que a su vez varían con la altura, z [m].

  18. Física Escalar Magnitud escalar   1016 Ambiental 1020  1024        Posición -grad P VIENTO Aire en movimiento. Flujo de aire relacionado, entre otros factores, con diferencias de presión  + Gradientes de presión DIRECCIÓN DEL GRADIENTE: LA DE MÁXIMA VARIACIÓN DE LA PROPIEDAD ESCALAR El aire tiende a desplazarse CONTRA el gradiente de presión ... pero falta considerar la rotación de la Tierra!

  19. Física Centrípeta Coriolis Polo Norte Ambiental Aceleración medida en sistema en rotación Aceleración medida en sistema en reposo Trayectoria en un sistema de referencia inercial Trayectoria en un sistema de referencia acelerado EFECTOS DE LA ROTACIÓN DE LA TIERRA

  20. Sentido del movimiento HEMISFERIO NORTE Física Desviación de Coriolis Ambiental HEMISFERIO SUR Desviación de Coriolis Sentido del movimiento DESVIACIÓN DE CORIOLIS Visto sobre la superficie N Desviación a la derecha respecto al sentido del movimiento S Desviación a la izquierda respecto al sentido del movimiento

  21. Física Ambiental Fuerza gradiente de presión 1024 1020 -gradP Fuerza Coriolis 1016 Dirección del viento VIENTO GEOSTRÓFICO Viento geostrófico: resultante del equilibrio entre el gradiente de presión y la aceleración de Coriolis. Fluye PARALELO a las isobaras Hemisferio norte: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su derecha las áreas de alta presión: sentido horario alrededor de los anticiclones Hemisferio sur: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su izquierda las áreas de alta presión: sentido antihorario alrededor de los anticiclones

  22. Física Ambiental ANTICICLONES Y BORRASCAS Hemisferio Norte: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la derecha B En los anticiclones los vientos giran en sentido horario En las borrascas los vientos giran en sentido antihorario A Hemisferio Sur: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la izquierda En los anticiclones los vientos giran en sentido antihorario A B En las borrascas los vientos giran en sentido horario

  23. Célula polar 1 Física Célula de Ferrell 2 B B Célula de Hadley 3 A A A Ambiental B B A A A B B CIRCULACIÓN GENERAL ATMOSFÉRICA Modelo simple 1 Vientos polares del este 2 Vientos del oeste 3 Alisios del noreste Convergencia Intertropical Alisios del sureste Aire descendente en los polos fríos y ascendente en las latitudes ecuatoriales cálidas Vientos del oeste Vientos polares del este NO TIENE EN CUENTA LA ROTACIÓN DE LA TIERRA Esquema de circulación atmosférica basado en http://www.newmediastudio.org/DataDiscovery/Hurr_ED_Center/Easterly_Waves/Trade_Winds/Trade_Winds.html

  24. Círculo Polar Ártico Física Círculo Polar Antártico Ambiental Relación con el agujero de ozono sobre la Antártida VIENTOS DEL OESTE CERCA DE REGIONES POLARES ÁRTICO ANTÁRTICO

  25. Física Ambiental VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (CAPA LÍMITE) El viento se caracteriza por su dirección (desde la cual sopla) y velocidad (magnitud vectorial,tres dimensiones). Normalmente se expresa en m/s. Los equipos que miden la velocidad del viento se llaman anemómetros La fricción con la superficie terrestre hace que las capas más cercanas a la superficie circulan más lentas, generando un efecto de corte (cizalla) sobre la superficie (vegetación, suelo,…). La fricción es un proceso en el que interviene el viento y las características de la superficie a través de la capa límite La fricción del aire con la superficie es uno de los mecanismos que generan turbulencia (turbulencia mecánica), esto es remolinos, que transportan calor, vapor de agua, CO2 y cantidad de movimiento.

  26. Física Ambiental u2 velocidad del viento a una altura de 2 m (m/s) z altura sobre la superficie del suelo (m) uz velocidad del viento a la altura z (m/s) VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (2) La velocidad del viento depende de la altura sobre el suelo Perfil de velocidades El perfil de velocidades es logarítmico. Debe especificarse la altura a la que se sitúen los anemómetros sobre el suelo: en agrometeorología la altura estándar es de 2 m. Una superficie especial: una superficie de gramíneas homogénea (cesped, por ejemplo). Encima de esta superficie el perfil de velocidades es

  27. Temperatura T  Física Ambiental TEMPERATURA Es la magnitud física que tiene el mismo valor en dos cuerpos que se hallan en equilibrio térmico (ausencia de transferencia neta entre ellos de energía en forma de calor). La temperatura se mide con termómetros. Unidad SI Kelvin (K) Se define el Kelvin como la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua Grado centígrado (ºC) K = ºC + 273.15 CASOS ESPECIALES Temperatura del aire: perfil vertical PROCESOS ADIABÁTICOS AIRE SECO La variación de la temperatura del aire con la altura en la atmósfera es el gradiente vertical de temperaturas (air lapse rate). EN LA ATMÓSFERA ESTÁNDAR Conversor de temperaturas: http://www.lenntech.com/espanol/Calculadoras/temperatura.htm

  28. Física Tmax Tmax Ambiental mediodía mediodía Tmin Tmin TEMPERATURA DEL AIRE CERCA DE LA SUPERFICIE Existe un ciclo diario de temperaturas Temperatura media diaria Tm Temperatura máxima Tmax y mínima Tmin Día de invierno Día de verano El momento en que se alcanza la temperatura máxima diaria está desfasado respecto al medidodía solar

  29. Altura Física 05:00 08:00 10:00 12:00 15:00 30 cm 2.40 m 10.0 m 1.20 m 60 cm 18:00 Ambiental 15 cm -2 cm -5 cm -15 cm T (ºC) 35 40 45 30 50 CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS DEPENDENCIA CON LA ALTURA SOBRE EL SUELO Y LA PROFUNDIDAD Consecuencia de efectos de mezclado en la capa límite Perfiles en verano (datos: media meses julio y agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía Física)

  30. Física  El ritmo de desarrollo es proporcional a la temperatura  El desarrollo ocurre cuando se supera una temperatura umbral o temperatura base, Tb, que depende de cada organismo. Para temperaturas por debajo de Tb se detiene el desarrollo. Ambiental  La temperatura no supera el valor para el que se produce el máximo crecimiento, Tm. Temperaturas superiores a Tm podrían inhibir o detener completamente el crecimiento. Temperatura y desarrollo biológico El desarrollo de los organismos vivos está relacionado con la temperatura. Las hipótesis más usuales son: Tiempo térmico (grados-día, grados-hora,…) [tiempo fisiológico] Si se combina la temperatura y el tiempo durante el cual el organismo está expuesto a dicha temperatura se puede encontrar una escala en la cual el ritmo de desarrollo es constante.

  31. Física Ambiental CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS. Grados día Tiempo térmico (Grados-día, grados-hora,…) Δτ = (Ti – Tb) Δt para Ti > Tb, en otro caso Δτ =0 Δτtiempo térmico [grados-día, grados-hora,…dependiendo del intervalo temporal considerado] Titemperatura media en el intervalo temporal considerado Tb temperatura umbral por debajo de la cual se interrumpe el crecimiento Δt intervalo temporal considerado [día, hora,…] Para el caso específico de intervalo diario, Δt = 1 día > Tb Si Δτ[grados-día]

  32. EJEMPLO Física Un cultivo tiene una temperatura base de 11ºC y requiere de un tiempo térmico de 40 grados-día para su emergencia. ¿Qué día germinará si ha sido plantado el día 188?. Usar los datos de la tabla. Tmax Tmin  Ti Ti -Tb Día Ambiental Día de germinación del cultivo Temperatura y desarrollo biológico (3) Periodo diario, usamos: PRIMER VALOR > 40 ºC·DÍA

  33. EL AGUA EN LA TIERRA, HIDROSFERA, EL AGUA EN LA ATMÓSFERA PRECIPITACIÖN Contenido de vapor de agua en la atmósfera Física Limitada capacidad de retener agua en estado vapor Saturación y condensación. Nubes Ambiental Precipitación y formación de océanos Hidrosfera Interdependencia del sistema atmósfera / hidrosfera http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo11/3.html

  34. Física Ambiental CICLO HIDROLÓGICO Britannica,2004

  35. Física 1 m2 Ambiental 1 mm 1 m 1 m PRECIPITACIÓN. SU MEDIDA PLUVIÓMETRO 1 litro Los pluviómetros lectura directa tienen un recipiente y un embudo. Cada 12 horas se vacía el recipiente en una probeta graduada con una sección diez veces menor que la de recepción, con lo que es posible establecer una relación entre la altura en la probeta y la precipitación en milímetros por metro cuadrado. PRECIPITACIÓN EN MILÍMETROS = LITROS / m2

  36. Datos de precipitación (mm) ALBACETE/LOS LLANOS Coordenadas: 39-00-25N 1-57-08W Altitud: 704m ENEFEBMARABRMAYJUNJULAGOSEPOCTNOVDICAÑO Física 1940-196026 2532 38502881835472228357 1961-199024 26 3052 41 38 91325403930 366 1991-2000192822284735131149392834354 2001291418176200025373728267 20021323165516302428383326374 Ambiental PRECIPITACIÓN. EJEMPLO http://www.sao-albacete.org/tablaP8175.html

  37. 1940-1960 1961-1990 Física 1991-2000 Ambiental MEDIAS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN. ALBACETE/LOS LLANOS Fuente: datos en http://www.sao-albacete.org/tablaP8175.html

  38. Radiación Solar Atmósfera Transpiración Viento Precipitación CO2 O2 Fotosíntesis Respiración Planta Intercepción Escorrentía Evaporación Goteo desde la vegetación Suelo:Agua disponible, nutrientes Infiltración Zona no saturada Ascenso capilar Percolación Franja capilar Recarga y flujo subterráneo Nivel freático Zona saturada Flujos de agua y de … en la superficie terrestre

  39. John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press Física S. Pal Arya, Introduction to Micrometeorology, 2th Edition. University Press. Roland B. Stull, An Introduction to Boundary Layer Meteorology, Kluwer Academic Publishers Ambiental BIBLIOGRAFÍA y DOCUMENTACIÓN Libros (inglés) Revisión general sobre características de la atmósfera (muy completo; idioma inglés) http://ceos.cnes.fr:8100/cdrom-98/ceos1/science/dg/dgcon.htm La atmósfera en capítulo 3 y ciclos de los elementos en capítulo 4. http://www.esi.unav.es/asignaturas/ecologia/Hipertexto/00General/IndiceGral.html Discusión sobre el origen del oxígeno atmosférico: http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo11/10.html Sobre CO2 en la atmósfera (idioma inglés): http://www.iitap.iastate.edu/gccourse/chem/gases/gases_lecture_es.html Sobre aceleración de Coriolis (idioma inglés) http://zebu.uoregon.edu/~js/glossary/coriolis_effect.html http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/fw/crls.rxml Sobre anticiclones y borrascas http://vppx134.vp.ehu.es/met/html/diccio/anticicl.htm http://vppx134.vp.ehu.es/met/html/diccio/borrasca.htm

More Related