Ecuación fundamental de la climatología global
Balance radiativo: (http://es.wikipedia.org/wiki/Balance_radiativo_terrestre)
La energía entrante es igual a la energía saliente más la almacenada.
Imput = Output + ∆I
Caracterización de la ecuación
Vayamos por partes. Vamos a identificar cada miembro de la ecuación.
Imput = K
Donde la irradiancia (el flujo de potencia) incide sobre una área πR²
Donde R es el radio de la Tierra
Donde K es la variable solar = 1366 W/m² + ∆K
Donde ∆K simboliza la posible variación de la insolación debido a la modulación por (P) y (S)
Output = A + E
Donde la radiancia reflejada y la emitancia, proceden de una área 4πR²
Donde A es la radiancia reflejada por el Albedo Terrestre, que a su vez se calcula integrando las reflectividades.
Donde E es la emitancia, que a su vez responde a un cuerpo gris.
Por tanto:
K/4 = A + E + ∆I
Por otro lado:
T = temperatura de cuerpo gris de la Tierra.
K = 1366 W/m² + ∆K
A = (0'31+∆a)·K
E = εσT4
I = Io + ∆I
σ = 5'6704·10-8 Wm-2K-4
ε = 0'96
(https://foro.tiempo.com/imagenes/imagen-no-existe.png)
A partir de esta ecuación se puede obtener una temperatura de cuerpo gris, media para la Tierra. Sin embargo esa temperatura es diferente según la capa de la Tierra (techo, troposfera, suelo, ..).
Por tanto, necesitamos un balance más detallado:
Fijaos en el output (solar), input (reflexión y emisión) y almacenamiento (atmósfera y suelo)
(https://foro.tiempo.com/imagenes/imagen-no-existe.png) (https://foro.tiempo.com/imagenes/imagen-no-existe.png)
Balance detallado
Vamos a obviar la sunidades por simplicitud:
Exterior de la Tierra
Input -> Inciden: 342 = G
Output -> Salen: 342 = G
Reflejados: 107
Emitidos: 235
Superficie de la Tierra
τav = transmisividad atmósfera en el visible
τai = transmisividad atmósfera en el IR-T
τnv = transmisividad de las nubes, visible
τni = transmisividad de las nubes, IR-T
ra = reflectividad atmósfera
rn = reflectividad nubes
r = reflectividad suelo
Ls = Luz solar incidente = G·(1-ra)·τav
Rs = Luz reflejada por el suelo = r·Ls
Fs = Luz IR-T de la atmósfera = Ea·(1-r)
As = Energía absorbida por el suelo = Ls - Rs + Fs = (1-r)·Ls + Ea·(1-r)
Es = Luz emituda por el suelo
Hs = Calor no radiativo del suelo (latente y sensible)
As = Es + Hs
Es = (1-r)·G·(1-ra)·τav + Ea·(1-r) - Hs
Para calcular la temperatura de la superficie terrestre debemos calcular Es y aplicar Stefan-Boltzmann. para cuerpo gris.
Balance energético en la atmósfera
La = Luz solar incidente = G
Ua = Luz solar transmitida = τav·G
Ra = Luz reflejada por la atmósfera = ra·G
Fa = Luz IR-T del suelo = Es·(1-τai)
Aa = Energía absorbida = La - Ra - Ua + Fa = (1-ra-τav)·G + Es·(1-τai)
Ea = Luz emituda por la atm.
Ha = Calor no radiativo (latente y sensible).
Aa = Ea + Ha
Ea = (1-ra-τav)·G + Es·(1-τai) - Ha
Los términos del efecto invernadero son estos:
Fa = Luz IR-T del suelo = Es·(1-τai)
Fs = Luz IR-T de la atmósfera = Ea·(1-r)
Eso es la capturación de energía IR-T procedente del suelo, que iba a ser emitida al espacio.
Ese término está continuamente siendo emitido de la atmósfera hacia el suelo, y por tanto es un almacén de energía.
Fijaos que por culpa de ese término, Ea depende de Es y viceversa. se crea un cículo vicioso que es convergente pero a costa de subir mucho la temperatura de emisión.
Gracias a esos términos, la Tierra no es una bola de hielo, y por tanto la vida es tal y como la conocemos ahora.
Anotaciones interesantes:
- Si modificamos la transmisividad de la atmósfera respecto la luz IRT, τai, estamos modificando la capacidad de efectto invernadero.
Cambiando la composición atmosférica podemos cambiar τai
- Si modificamos las reflecitividades, r y ra, cambiaremos la luz reflejada, y por tanto la absorbida.
- Si modificamos τav, por ejemplo añadiendo aerosoles, entonces cambiamos la luz solar que llega a la superficie terrestre, lo que es lo mismo, estamos modificando el albedo planetario (reflexión) y la absorción de energía por parte de la atmósfera.
Y esto es todo, de momento, en cuanto a teoría del clima global.
Quien quiera saber más sobre el efeto invernadero puede visitar este enlace:
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,46476.0.html
Quien quiera saber más sobre el efecto del sol, puede visitar este enlace:
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,78639.0.html
Espero que os haya gustado.Gracias por leerme.
Atentamente
Vigilant