7.1: Preludio a las Aplicaciones de los Principios de Radiación Atmosférica

Para el clima, necesitamos entender el presupuesto energético global compuesto por la radiación solar que ingresa a la atmósfera terrestre y la radiación infrarroja que sale de la atmósfera para ir al espacio. Veremos que, cuando se promedie sobre la Tierra y con un tiempo suficiente, la energía asociada a la radiación infrarroja emitida al espacio por la superficie y la atmósfera de la Tierra esencialmente siempre equilibra la energía asociada a la radiación solar absorbida por la superficie y la atmósfera de la Tierra. Al aumentar las concentraciones atmosféricas de CO ₂ y otros gases de efecto invernadero durante la era industrial, hemos perturbado ligeramente este equilibrio de tal manera que actualmente sale menos radiación infrarroja del sistema terrestre en comparación con la radiación solar que está siendo absorbida por él. Esto lleva a que se deposite energía adicional en el sistema de la Tierra que se ha exhibido, en parte, como un aumento de las temperaturas del aire superficial. En la superficie de la Tierra, los presupuestos de energía tanto de la radiación solar descendente como de onda larga en escalas de tiempo cortas (de segundo a minuto a hora) dependen en gran medida de la presencia de gases que absorben, emiten y dispersan la radiación en la atmósfera. Así, la temperatura superficial local de la Tierra es exquisitamente sensible a las cantidades y propiedades radiativas de esos gases y partículas. Haremos algunos cálculos simplificados de radiación para mostrarte cómo la atmósfera terrestre afecta la temperatura de la superficie.

Para el clima, hacemos predicciones utilizando modelos que consisten en las ecuaciones de termodinámica, movimiento y microfísica. Inicializamos los modelos con observaciones y luego dejamos que el modelo calcule los movimientos de aire que van al futuro del modelo, dando así pronósticos meteorológicos. Los modelos son buenos, pero no tan buenos que pueden funcionar por muchos días y seguir haciendo pronósticos precisos. Por lo que periódicamente, los modelos se ajustan mediante la adición de más observaciones, un proceso llamado asimilación de datos, con el fin de corregirlos y mantener los pronósticos precisos. Cada vez más, las observaciones satelitales se están asimilando a los modelos para mejorar los pronósticos meteorológicos.

Los instrumentos satelitales observan la radiación atmosférica: tanto la luz solar visible dispersada por la superficie de la Tierra, las nubes y los aerosoles, como la radiación infrarroja emitida por la superficie de la Tierra y muchos de sus constituyentes atmosféricos. Lo que midan los satélites depende de las longitudes de onda a las que recogen la radiación que llega hasta ellos. Por lo general, los satélites observan en diferentes bandas de longitud de onda, algunas de las cuales cubren longitudes de onda en las que la absorción de vapor de agua es mucho más fuerte que para otras En conjunto, la radiación en estas diferentes bandas nos dice mucho sobre la estructura de temperatura y humedad de la atmósfera, que es justamente el tipo de información que los modelos necesitan para asimilar. Aprenderás a interpretar las observaciones satelitales de la radiación atmosférica en apoyo de aplicaciones como recuperaciones de temperatura y humedad resueltas verticalmente.