El balance de calor en la tierra

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Gustavo Villanueva Salas
hace 6 años
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1 El balance de calor en la tierra dispersión radiación de onda corta radiación de onda larga al espacio absorción atmos. a la atmósfera aire y nubes al océano reflejada Procesos fotosintéticos

2 El balance de calor en el océano Qs + Qr + Qc + Qe + Qa = Q T radiación de onda larga a la atmósfera Qr Qe Qc Procesos fotosintéticos

Radiación Ley de Stefan Boltzmann W = σ T 4,

6696x10-8 J/ (m 2 s K 4 ) Si T = 5776 K, W =

3 Radiación Ley de Stefan Boltzmann W = σ T 4, σ = x10-8 J/ (m 2 s K 4 ) Si T = 5776 K, W = 6.31 x 10 7 W/m 2 Si T = 288 K, W = 390 W/m 2 Ley de Wien λ max = b/t, b = x 10-3 m K Si T = 5776 K, λ max = 5 x 10-7 m = 0.5 µm Si T = 288 K, λ max = 1 x 10-5 m = 10 µm

4 Radiación Espectro de radiación en función de la temperatura, en unidades arbitrarias de energía Espectro de radiación emitida por la tierra en el tope de la atmósfera, en la isla de Guam, en unidades arbitrarias de energía

5 Radiación de onda corta Qs depende de: la longitud del día la absorción atmosférica (función del coeficiente de absorción que depende del contenido de vapor de agua, polvo en suspensión, etc.) y de la elevación del sol, la nubosidad, expresada en octas O conduce a reducción de Qs del orden (1-0,09 O). 4º (50% cubierto) Qs=64% 8º (100% cubierto) Qs=28% la radiación del cielo. la reflexión de la superficie del mar. el hielo y la nieve conducen a un aumento de la cantidad de energía reflejada de 10 a 15% a 50 a 80%

6 Distribución espacio temporal de la radiación solar Qs Sin nubes, 70% transmisión

7 Nubosidad media anual en %

8 Nubosidad estacional en % Oceanografía General /Oceanografía Física I Balance de calor y de masa

9 Nubosidad estacional en % CRU-05 Climate Research Unit, University of East Anglia

10 Radiación de onda corta (Q s, anual)

11 Radiación de onda larga Qr es el balance entre la energía radiada del mar hacia la atmósfera y la energía radiada de la atmósfera al mar (proporcional a la cuarta potencia de la temperatura del aire). La energía radiada por la atmósfera es función, esencialmente, del contenido de vapor de agua del aire sobre la superficie del mar. Qr es función de la temperatura, por lo tanto no presenta variaciones temporales o estacionales significativas. Si ΔT estacional = 8ºC la variación de Qr será prpoporcional a /282 4 = 1.12 Qr depende de: la nubosidad, expresada en octas O conduce a reducción de Qr del orden (1-0,1 O). La nubes aumentan la cantidad de energía de onda larga radiada de la atmósfera al océano.

12 Radiación de onda larga (Q r, anual)

13 Radiación de onda larga (Q r, estacional) dic-feb jun-ago

14 Flujo de calor sensible Qc = - Cp K dt/dz Es proporcional al gradiente vertical de temperatura en el aire sobre la superficie del mar. La constante de proporcionalidad es el coeficiente de conductividad del calor turbulento. Cuando el aire tiene menor temperatura que el agua la atmósfera se inestabiliza, produciendo convección y se incrementa el flujo de calor hacia la atmósfera.

15 Flujo de calor sensible (Q c anual)

16 Flujo de calor sensible (Q c estacional) dic-feb jun-ago

17 Flujo de calor latente Qe = Fe L t La evaporación requiere de una cierta cantidad de calor. La misma es proporcional a la masa de agua evaporada por unidad de tiempo (Fe, medida en Kg de agua evaporados por segundo) y al calor latente de evaporación Lt L t = T kj/kg donde T es la temperatura del agua en C. En la práctica la determinación precisa de Fe es muy dificultosa y el flujo es estimado en funcion del gradiente vertical del contenido de humedad en el aire (q) en forma similar a la estimacion del flujo de calor sensible: Qe = K dq/dz

18 Flujo de calor latente (Q e anual)

19 Flujo de calor latente (Q e estacional) ene jul

20 Balance neto (Q s + Q r + Q c + Q e, anual) (a través de la superficie del mar)

Comparación del flujo de calor neto superficial y el flujo de calor a través del fondo marino Flujo de calor geotérmico: Notar que los valores máximos (mayores

21 Comparación del flujo de calor neto superficial y el flujo de calor a través del fondo marino Flujo de calor geotérmico: Notar que los valores máximos (mayores que 85 mw/m 2 ) se observan en las dorsales oceánicas, donde asciende material a mayor temperatura hasta la superficie de la corteza oceánica. 0.3 W/m W/m 2

22 Temperatura superficial

23 (des) balance de calor en la Tierra Norte Sur 250 W/m W -5 Flujo meridional de calor

24 Flujo meridional de calor Q m = ρ 0 C p T v A v A océano atmósfera

Ganachaud & Wunsch, Nature 2000 Keith, Tellus, 1995 Trenberth & Solomon, Clim.Dyn.

25 Flujos meridionales de calor oceánico observado Flujos meridionales de calor oceánicos globales (PW). Ganachaud & Wunsch, Nature 2000 Keith, Tellus, 1995 Trenberth & Solomon, Clim.Dyn., 1994 * MacDonald & Wunsch, Nature, 1996 Garnier et al., Int.J.Climat., 2000 Heras & Schlitzer, J.Geophys.Res., 1999 Bryden et al., Deep-Sea Res., 1991

26 Flujo meridional de calor oceánico

27 El Atlántico, un océano anormal?

28 El balance de calor en la tierra dispersión radiación de onda corta radiación de onda larga al espacio absorción atmos. a la atmósfera aire y nubes al océano reflejada Procesos fotosintéticos

29 Balance neto (Q s + Q r + Q c + Q e, anual) (a través de la superficie del mar)

30 Flujo meridional de calor oceánico

31 El balance de agua F = P E + R Atmósfera 12.7 (0.001%) Evapo-trasp Precipitación 3.58 Evaporación Precipitación Cont (3%) Ríos 1.27 Océanos (96.9%) Unidades: reservorios en 10 3 Km 3. Flujos en 10 6 m 3 / s

32 El balance de agua (detalles) Trenberth et al., J. Hydromet., 2007 Unidades: reservorios en 10 3 Km 3. Flujos en 10 3 Km 3 / año

33 Evaporación (mm/3h 29 cm/año)

34 Precipitación (mm/3h 29 cm/año)

35 Evaporación Precipitación Media anual (mm/día ) (5 mm/día cm/año)

36 Evaporación Precipitación (mm/día) Calculo a partir del balance de humedad en la atmósfera Trenberth et al., J. Hydromet., 2007

37 Flujos totales de masa por cuenca al norte de 30ºS Océano Fs (10 6 m 3 /s) Atlántico Indico Pacífico.051 Ártico.08

38 Flujos totales de masa Algunos componentes del ciclo global del agua en km 3 /año y Sv (10 6 m 3 /s) segun las climatologias de Baumgartner y Reichel (1975) y Rignot y Kamagaratnam (2006)

39 Salinidad superficial

40 (des) balance de agua en el océano P E S

41 Flujo meridional de agua dulce oceánico 109 ktg/s

42 Flujo meridional de agua dulce oceánico

43 Flujo meridional de agua dulce Atlántico

44 Conservación de la masa y el calor y sal Q Q 1 +Q 2 + Q = 0 Q 1 Q 2 Q i = m i ρ C p T donde m = transporte de volumen (m 3 /s) F = P E + R m 1 +m 2 + F = 0 m 1 m 2 m 1 S 1 +m 2 S 2 = 0

45 Flujo de flotabilidad (anual) B = g ρ αf T + β F S, α = 1/ ρ ( ρ / T), β = 1/ ρ ( ρ / S)

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