GF3003 Ciencias Atmosféricas. Laura Gallardo Klenner Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile Primavera 2010

Transcripción

1 GF3003 Ciencias Atmosféricas Laura Gallardo Klenner Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile Primavera 2010

2 HOY Efecto invernadero Absorción UV y visible Partículas atmosféricas Ley de Beer y espesor óptico

3 Más específicamente, el/la alumno/a será capaz de: Plantear y resolver ecuaciones de balance para radiación solar e infraroja Definir el concepto de efecto invernadero Describir y reconocer causas naturales y antrópicas del efecto invernadero en la Tierra Identificar gases responsable de la absorción de radiación solar en la atmósfera terrestre Deducir la ley de Beer LGKfin 2010

4 Una envolvente, mayoritariamente gaseosa, muy tenue, irradiada por el sol y que NO es transparente a la radiación solar ni a la terrestre

5 Espectro electromagnético y radiación de cuerpo negro Jacobson, 2005

6 El flujo de protones emanados del sol es ~ constante

7 Un poco de geometría (para radiación) steradian Ángulo sólido Liou, An introduction to atmospheric radiation

8 A partir de la función de Planck: T Ley de Wien Las paredes del cuerpo negro están hechas de átomos que absorben/emiten en quantas como osciladores electromagnéticos Ley de Stefan-Boltzmann

9 Balance radiativo sólo con albedo E S(1 ) entra E S entra T R E 1368 sale S(1 ) W / m F / d E T 4R sale 255K 4 2

10 Hay algo (x=efecto invernadero) que hace aumentar la temperatura a nivel de la superficie E S(1 ) entra R 2 E sale T 4 4 R 2 (1 x) T 16C 0.3 S 1368W 289K / m 2 x ~ 0.4 ~40% de la energía emitida por la superficie es reciclada!

11 Modelo de dos capas con efecto invernadero

12 Equilibrios termodinámicos (f=e) Al tope de la atmósfera (TOA): 4 F (1 f ) To ft 4 1 (1) En la superficie: F ft T o (2) T o f F f 1/ 4 288K 16C T 4 2To 241K 32C 1

13 Pero: La atmósfera NO absorbe el 77% del IR Y T1 correspondería a un TOA en ~7 km Problemas: La atmósfera tiene múltiples capas La absorción ocurre en bandas En la estratósfera hay que considerar O3

14 Introducción a la Meteorología Rad. Onda Larga UCH / FCFM / DGF R. Garreaud Efecto Invernadero: Atmósfera 100% transparente a ROC y 100% opaca a ROL. En estado estacionario hay equilibrio de flujos radiativos en cada interfase y cada capa es isotermal ROC ROL T e = T 0 255K T e = (2) 1/4 T 0 303K T e = (3) 1/4 T 0 335K T e = (n+1) 1/4 T 0 La tranferencia radiativa se hace menos eficiente en tanto hay más capas y la temperatura en la superficie aumenta Mientras más capas, T en TOA es menor

15 Propuesto: Piel planetaria? (planetary skin) Considera una capa atmosférica con absortividad f=0.77 y temperatura Ta y una capa más tenue con f<<1 y temperatura Tp. Suponiendo que ambas capas son transparentes a la radiación solar, calcula Tp. La temperatura de la superficie es To=288 K y la radiación solar incidente F=241 W/m 2

16 Radiación de onda larga en TOA (W/m 2 ) Trenberth, K. E. and D. P. Stepaniak (2003).

17 Gases de efecto invernadero Jacobson, 2005

18 Cuál es el GEI más importante? El vapor de agua!!!!!

19 Pero estamos aumentando otros GEI

20 Y no sólo CO 2

21 Por qué? IGBP, 2006

22 Cuál es el GEI antrópico más importante? IPCC, 2007

23 5 minutos.

24 Radiación absorbida en la atmósfera

25 Absorción por gases en UV y visible 1 = m Liou, 2002

26 Fotodisociación de oxígeno molecular O h O O, 0. 24m 2

27 Ozono en la estratósfera O2 h O O, 0. 24m O O O 2 3

28 El ozono se fotoliza y se recombina , O O O O O h O M O M O O m O O h O Chapman, S., 1930: A theory of upper atmospheric ozone. Mem. Roy. Meteor. Soc., 3,

29 Modelo de Chapman vs. observaciones Faltan reacciones que destruyen ozono Liou, 2002

30 5 minutos

31 Aerosoles/Partículas La atmósfera no es sólo gaseosa LGK GF3022

32 Aerosol: una combinación de material en fase condensada presente en la atmósfera así como aquél dentro del material suspendido que la contiene LGK GF3022

33 Capa de Junge Santiago contaminado Polvo y aerosoles viento abajo de China LGK GF3022

34 Los aerosoles y sus roles... Absorben, emiten y reflejan luz ( scattering )...afectan el balance radiativo del planeta Proveen superficies para la deposición de moléculas...favorecen la condensación y formación de nubes Proveen superficies sobre las cuales ocurren reacciones químicas...actúan como catalizadores de reacciones Además, al ser respirables (<10m), pueden provocar efectos sobre la salud. LGK GF3022 IGBP/IGAC 2004

35 Interacciones entre partícula y radiación electromagnética... LGK GF3022 Seinfeld & Pandis, 1998/2006

36 Las interacciones con la radiación e.m dependen del tamaño de las partículas Wallace & Hobbs, 2006

37 Y de la composición Seinfeld & Pandis, 1998/2006 LGK GF3022

38 Óptica geométrica ( <<r) Scattering de Mie ( ~r) Scattering de Rayleigh ( >>r)

39 Ley de Bouguer Lambert-Beer I o N,,K I di ds I I sec z I KN KN dz dz exp ds sec

40 Espesor óptico I = I e -b o ext z I o e -τ I o b ext b scat b abs I b b abs scat b b abs_gas scat_gas b b abs_part scat_part LGK GF3022

41 Jueves: Laboratorio de radiación Próximamente Dispersión por partículas: Arcoiris Rayleigh Mie Balance radiativo (3) Perturbación antrópica Percepción remota

42 Obligatoria Lecturas de hoy Wallace and Hobbs, Atmospheric Science (Ch. 4.: 4.4; 4.6; (4.5)) Opcional /book/bookchap7.html#13581 IPCC, 2007 Más sobre transferencia radiativa GF3004 (Sistema Climático) GF500 (Física de la Atmósfera)