11.3: El Presupuesto Energético de la Capa Superficial

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En la Lección 7, nos fijamos en el presupuesto energético de la atmósfera promedio. Ahora veamos el presupuesto energético en la capa superficial. Podemos pensar en este presupuesto en términos de flujos de energía y almacenamiento de energía. Como aprendiste en la Lección 2, la energía se conserva, debe ir a alguna parte.

Hay varios términos básicos que podemos armar en una ecuación energética que sea apropiada para diferentes entornos u horas del día. Los flujos ascendentes serán positivos; los flujos descendentes serán negativos. Las unidades son W m ^—2.

Los principales términos energéticos son:

\(Q_{s}\): radiación neta = IR de la Tierra (arriba) — (IR solar + atmosférico) (abajo)
\(Q_{H}\): flujo de calor sensible (arriba o abajo)
\(Q_{E}\): flujo de calor latente (arriba o abajo)
\(Q_{G}\): calentamiento de la superficie (arriba o abajo)
\(\Delta Q\): almacenamiento de energía superficial en árboles, edificios, etc.

Desatenderemos el plazo de almacenamiento, que suele ser pequeño en comparación con los flujos.

La relación de flujo de calor sensible a flujo de calor latente se llama relación de Bowen:

\(B=\frac{Q_{H}}{Q_{E}}\)

Puede ser positivo o negativo:

> 10 sobre desiertos,
2 — 6 sobre tierras semiáridas,
0.4 — 0.8 sobre pastizales y bosques,
0.1 — 0.3 en selvas tropicales,
< 0.1 sobre los océanos,
negativo sobre los oasis.

Al mirar esta lista, es fácil ver que el vapor de agua proviene no sólo de la humedad superficial sino también de árboles y otras plantas por un proceso llamado evapotranspiración.

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Balance energético para cuatro casos comunes diferentes: a) día, tierra; b) noche, tierra; c) día, oasis desértico; y d) océano diurno. Las longitudes de las flechas indican la magnitud relativa de los diferentes flujos.

Crédito: W. Brune (después de R. Stull)

Mira la figura anterior, que muestra los valores relativos de los flujos de energía para diferentes ambientes y horas del día:

(a) diurna: predomina la calefacción solar; la calefacción va hacia arriba, latente y sensible, calentando el suelo. La relación de Bowen (relación de los flujos de calor sensible a latente) depende de la cantidad de vegetación y humedad superficial. El calentamiento de la superficie del suelo provoca un flujo descendente de energía hacia el suelo.
b) Nocturna: sin onda corta solar; la radiación es toda infrarroja y es menor que durante el día, lo que tiene una pérdida neta de energía al espacio. Tanto los flujos de calor latentes como los sensibles son negativos porque el suelo se está enfriando y el vapor de agua se está condensando, lo que lleva a un gradiente positivo en temperatura y humedad específica. El suelo subterráneo es más cálido que la superficie, por lo que hay un flujo de energía ascendente desde el subsuelo a la superficie.
(c) oasis diurno con advección de aire caliente sobre una superficie húmeda: calentamiento solar, flujo de calor sensible hacia abajo del aire caliente seco, flujo de calor latente hacia arriba compensando parte del calentamiento del flujo solar y el flujo de calor sensible hacia abajo. La superficie aún se está calentando, por lo que algo de flujo de energía entra en el suelo. El oasis es más fresco que el desierto circundante debido al gran flujo de calor latente.
d) océano diurno: los flujos de calor sensibles y latentes son positivos, pero gran parte del flujo superficial descendente transporta energía significativa hacia el océano lejos de la superficie. El océano tiene mucha capacidad calorífica, por lo que la energía solar puede ser absorbida en el océano con poco cambio de temperatura. La mayor parte de la energía va al océano, con flujos bastante constantes de calor latente y calor sensible.

Quiz 11-3: Energía en la capa límite.

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