7.2: Aplicaciones de la Radiación Atmosférica

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 88852

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Usemos lo que aprendiste en la Lección 6 para examinar dos aplicaciones de la radiación atmosférica. La primera aplicación involucra el papel de la radiación atmosférica y los gases de efecto invernadero en el clima de la Tierra. La segunda aplicación es la interpretación de los espectros de radiación infrarroja de surgencia medidos por instrumentos satelitales en el espacio con miras a mejorar el pronóstico del tiempo. Estas dos aplicaciones utilizan los principios de la radiación atmosférica de maneras muy diferentes, pero comprender ambas es fundamental para que te conviertas en un meteorólogo competente o científico atmosférico.

La atmósfera de la Tierra está esencialmente siempre en equilibrio de energía radiativa, que también se llama equilibrio radiativo. Con esto, quiero decir que, cuando se promedia sobre toda la Tierra, la cantidad total de energía de radiación solar por segundo que es absorbida por la superficie y la atmósfera de la Tierra es aproximadamente igual a la cantidad total de energía de radiación infrarroja por segundo que sale de la superficie y la atmósfera de la Tierra para ir al espacio. Puede haber periodos en los que este equilibrio no sea exacto porque los cambios en la composición atmosférica o superficial pueden alterar la absorción o dispersión de la radiación en el sistema terrestre. Puede tomar un poco de tiempo para que todas las temperaturas de todas las partes del sistema de la Tierra se ajusten, pero si los cambios se detienen, el sistema de la Tierra ajustará sus temperaturas para volver a equilibrar. Ahora mismo estamos en un periodo en el que las concentraciones atmosféricas de CO ₂ están aumentando debido a la industrialización, la radiación infrarroja saliente es ligeramente menor que la radiación solar absorbida entrante, y las temperaturas del sistema terrestre se están ajustando (aumentando) para tratar de traer la salida radiación infrarroja en equilibrio con la radiación solar absorbida entrante. Para la mayor parte de la siguiente discusión, utilizaremos este concepto de equilibrio radiativo aunque el balance actual no sea exacto.

Siempre tenga en cuenta que la radiación atmosférica se mueve a la velocidad de la luz y que todos los objetos siempre están irradiando. Además, tan pronto como un objeto absorba la radiación y aumente su temperatura, su radiación emitida aumentará. Así, la energía no está “atrapada” en la atmósfera y los gases de efecto invernadero no “atrapan el calor”. Veremos en cambio que los gases de efecto invernadero actúan como otra fuente de energía de radiación para la superficie de la Tierra.

Antes de hacer algún cálculo, resumimos cómo diferentes partes del sistema terrestre afectan la radiación visible e infrarroja (Cuadro 1). La superficie de la Tierra absorbe o dispersa tanto la radiación visible como la infrarroja, mientras que la atmósfera transmite principalmente la radiación visible, con un poco de dispersión; y la atmósfera absorbe principalmente la radiación infrarroja, con un poco de transmisión. Las nubes, una parte importante del sistema terrestre, absorben fuertemente la radiación infrarroja y ambas dispersan y absorben la radiación visible.

Cuadro 1: Absortividad, Emisividad, Dispersión y Transmisividad del Sistema Terrestre
	Superficie de la Tierra		ambiente		nubes
	visible	visible	visible	IR	visible	IR
absortividad	grande	opaco	diminuta	grande	grande	opaco
emisividad	grande	grande	diminuta	grande	grande	grande
dispersión (reflectividad)	grande	grande	moderado	ninguno	grande	pequeño
transmisividad	ninguno	ninguno	grande	pequeño	ninguno	ninguno

Mira este video (52 segundos) para obtener más información:

Transmisión de dispersión de absorción

Haga clic aquí para ver la transcripción del video Transmisor de dispersión de absorción.: En el Cuadro 7-1 se da la absortividad y, por lo tanto, la emisividad, así como la dispersión y transmisividad para lo visible e infrarrojo. Recuerde que las fracciones de absortividad, dispersión y transmisividad de los radiantes deben sumar una cuando los radiantes se encuentran con la materia. Quiero señalar dos características en la tabla. Primero, la atmósfera tiene poca absortividad y dispersión moderada en las longitudes de onda visibles, mientras que la atmósfera tiene una gran absortividad, pequeña transmisividad y esencialmente ninguna dispersión en el infrarrojo. Segundo, tenga en cuenta que las nubes se comportan mucho como la superficie de la Tierra en todos los aspectos, excepto que la dispersión en el infrarrojo puede ser grande en la superficie de la Tierra mientras que es pequeña para las nubes.

2019-08-17 9.36.33.png — Imagen de la Tierra en lo visible. Las nubes están dispersando radiación en todas las longitudes de onda visibles de regreso al espacio, y así parecen ser blancas, mientras que la superficie de la Tierra dispersa selectivamente la radiación visible en solo algunas longitudes de onda y absorbe el resto. Crédito: NASA

2019-08-17 9.37.54.png — Imagen que muestra la radiación saliente de onda larga (infrarroja) emitida por la Tierra y la atmósfera durante la ola de calor europea de 2003. Los colores azul y blanco son nubes, que irradian a las temperaturas más bajas de la troposfera superior, mientras que los amarillos son la superficie de la Tierra y la troposfera inferior, que irradian a temperaturas más altas. Crédito: NASA

Recordatorio extra de crédito!

Aquí hay otra oportunidad de ganar 0.2 puntos de crédito extra: ¡Imagen de la semana!

Se toma una foto de algunos fenómenos atmosféricos —una nube, polvo soplado por el viento, precipitación, neblina, vientos que soplan diferentes direcciones—cualquier cosa que te parezca interesante.
Agrega una breve descripción de los procesos que crees que están causando tu observación.
Subirlo a la Discusión Picture of the Week y agregue su descripción en el cuadro de texto.
El TA y yo seremos los únicos jueces de los ganadores semanales. Un estudiante puede ganar hasta cinco veces.
Las entradas no elegidas una semana se considerarán en semanas posteriores.