Estimación de problemas de aplicación del balance de radiación de superficie

Absorción neta de radiación

Si alguna vez has estado en el desierto de la Gran Cuenca o has visto fotografías del Ártico o la Antártida, ¿notaste la superficie de la tierra seca y poca vegetación? Si también ha visto fotografías o ha estado en los trópicos, como en Costa Rica, verá grandes bosques y mucha vegetación verde. ¿Por qué esto es tan? Una de las principales razones de estas diferencias en las características de la superficie es el alto albedo superficial de los desiertos (≈ 0,6) y el bajo albedo superficial de los bosques tropicales (≈ 0,2).

Pero, ¿cómo es que el albedo de la superficie causa diferentes tipos de superficies en diferentes lugares? El vínculo aquí entre el albedo y el tipo específico de característica de la superficie está relacionado con la cantidad de lluvia en el área, y la cantidad de lluvia depende de la energía disponible o la radiación superficial neta en la superficie. La radiación superficial neta es en realidad la cantidad de energía que se absorbe en la superficie.

El balance energético de la Tierra con componentes de radiación superficial.

Esta cantidad regula el balance de radiación en la superficie y se cuantifica usando esta ecuación:

• R neto = SW neto + LW neto

donde R net es la radiación superficial neta, SW net y LW net son las diferencias en la radiación de onda corta y de onda larga entrante y saliente. Esta ecuación luego se convierte en

• R net = SW entrante (1 – α) + LW entrante – LW saliente

donde α es el albedo superficial.

Cuando observamos la diferencia entre la radiación de superficie entrante y saliente, lo que realmente estamos determinando es la ganancia total en la superficie, o más simplemente, un equilibrio entre cuánto entra y cuánto sale.

Ejemplos prácticos

Ahora que tenemos algunos antecedentes sobre por qué diferentes lugares de la Tierra pueden poseer diferentes características de la tierra debido a la abundancia de lluvia, exploremos algunos ejemplos de radiación superficial neta para dos lugares muy diferentes: un desierto polar en la Antártida y un bosque lluvioso tropical en el Amazonas.

Estos dos lugares conforman dos regímenes climáticos , o regiones que son claramente identificables entre sí en función de sus patrones climáticos y meteorológicos. Ambos lugares tienen una gran diferencia en el albedo de la superficie y los componentes de radiación. Estos ejemplos le permitirán ver la importancia de cada componente de la ecuación del balance de radiación superficial.

Para calcular el balance neto de radiación de superficie, o R neto , para cada ubicación, necesitamos conocer la radiación entrante de onda corta y la radiación neta de onda larga. Los científicos suelen medir estos parámetros con instrumentos y la radiación saliente de onda corta se calcula multiplicando el albedo por la radiación entrante de onda corta.

Antártida

En la Antártida, supongamos que tenemos un valor de 120 W / m 2 para la radiación de onda corta entrante. Este valor es bastante pequeño porque, en este desierto polar, las nubes y la niebla predominantes causan más reflexión y absorción y menos radiación de onda corta entrante llega a la superficie (especialmente si se encuentra cerca de una costa). Ésta es una medida de la transmisividad atmosférica . Al mismo tiempo, las plataformas de hielo son más sensibles a otros factores como el albedo superficial. Esta es la razón principal del derretimiento de la plataforma de hielo que ha estado ocurriendo en el este de la Antártida en los últimos años.

Para esta región, supongamos un albedo de 0,8 debido a la alta reflectividad de la superficie del hielo y la nieve. Para calcular la radiación saliente de onda corta, multiplicamos el albedo superficial conocido de 0,8 por la radiación de onda corta entrante de 120 W / m 2 . Con estos dos valores, tenemos todo lo que necesitamos para encontrar la parte neta SW de nuestra ecuación:

• SW net = SW entrante – SW saliente
• SW net = SW entrante – αSW entrante
• SW neto = SW entrante (1 – α)
• SW neto = (120 W / m 2 ) (0,2) = 24 W / m 2

Para la radiación de onda larga entrante y saliente, supongamos que tenemos LW entrante = 200 W / m 2 y LW saliente = 230 W / m 2 . Juntando todos nuestros valores, encontramos lo siguiente:

• R net = SW entrante (1 – α) + LW entrante – LW saliente
• R neto = 24 W / m 2 + 200 W / m 2 – 230 W / m 2
• R neto = -6 W / m 2

La radiación de onda larga saliente es mayor que la radiación de onda larga entrante porque la superficie de la nieve se vuelve más cálida durante el verano y da como resultado una mayor radiación de onda larga saliente que es más negativa. Esto también es válido para la radiación superficial neta.

El Amazonas

Calculemos ahora la energía superficial neta de una selva tropical en el Amazonas. Para esta región, supongamos un albedo de superficie de 0,1, que es un valor típico. Supongamos también una radiación de onda corta entrante de 290 W / m 2 y valores de radiación de onda larga entrante y saliente de 180 y 150 W / m 2 , respectivamente.

Al repetir el mismo procedimiento que usamos para la Antártida, obtenemos lo siguiente para nuestra selva amazónica:

• R net = SW entrante (1 – α) + LW entrante – LW saliente
• R neto = 290 W / m 2 (1 – 0,1) + 180 W / m 2 – 150 W / m 2
• R neto = 291 W / m 2

Lo que nos dicen nuestras soluciones

A partir de estos dos ejemplos, la ubicación con la radiación superficial neta negativa se ubicó en la Antártida. Tal valor de R neto significa que hay mucha menos energía disponible en la superficie para eventos de evaporación y lluvia. Esta es una de las razones por las que el régimen climático de la Antártida es tan seco y estéril. Lo contrario es cierto para el Amazonas, donde calculamos un balance energético neto positivo en la superficie, lo que significa que hay más radiación superficial disponible para la evaporación y la lluvia.

Por eso vemos un bosque tan denso y verde en la Amazonía. También depende en gran medida del albedo de la superficie: el albedo en el Amazonas es bastante pequeño en comparación con el albedo más alto en la Antártida.

Resumen de la lección

El balance de radiación superficial o la radiación superficial neta es la cantidad de energía absorbida en la superficie. Aquí hay una forma en que podemos expresarlo:

• R net = SW entrante (1 – α) + LW entrante – LW saliente

Este balance de radiación neto en la superficie se cuantifica según la radiación neta de onda corta y de onda larga, así como el albedo de la superficie. R net está relacionado con la cantidad de energía necesaria para la evaporación y la lluvia, y la cantidad de lluvia puede tener un efecto en las características de la superficie de un área, como vimos con nuestros ejemplos de la Antártida y el Amazonas.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador