Radiación Atmosférica y Balance Energético
Cómo la radiación solar y terrestre se propaga a través de la atmósfera, es absorbida y emitida por ella, y se dispersa dentro de ella, estableciendo el balance energético planetario de la Tierra.
Definition
La radiación atmosférica y el balance energético es el estudio de la radiación electromagnética en la atmósfera y de los flujos de energía resultantes que determinan la estructura de temperatura del sistema Tierra-atmósfera.
Scope
Esta área abarca la transferencia de radiación de onda corta (solar) y de onda larga (terrestre) a través de la atmósfera, la absorción y emisión de radiación por gases, nubes y aerosoles, la distribución de la energía solar entrante entre la reflexión, la absorción y el calentamiento de la superficie, y el atrapamiento de onda larga que produce el efecto invernadero. Vincula la microfísica de las interacciones moleculares y de partículas con la radiación al presupuesto energético macroscópico en la parte superior de la atmósfera que impulsa el clima.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se absorbe, dispersa y refleja la radiación solar a medida que atraviesa la atmósfera?
- ¿Qué controla la emisión de radiación de onda larga hacia el espacio y de vuelta hacia la superficie?
- ¿Por qué la superficie de la Tierra es más cálida de lo que predeciría su temperatura de equilibrio radiativo?
- ¿Cómo perturban pequeños cambios en la composición atmosférica el balance energético planetario?
Key theories
- Teoría de la transferencia radiativa
- Una descripción formal, a través de la ecuación de transferencia radiativa, de cómo la intensidad radiante cambia a lo largo de una trayectoria a través de un medio absorbente, emisor y dispersor; la base para todos los cálculos cuantitativos de radiación atmosférica.
- Balance energético planetario
- El principio de que, en equilibrio, la radiación solar absorbida es igual a la radiación de onda larga saliente, por lo que el flujo neto en la parte superior de la atmósfera limita la temperatura media global.
Mechanisms
La radiación solar entrante alcanza su punto máximo en el espectro visible; aproximadamente el 30% se refleja (albedo planetario) y el resto es absorbido por la superficie y la atmósfera. La superficie y la atmósfera calentadas emiten radiación de onda larga siguiendo la ley de Planck modificada por la emisividad; los gases de efecto invernadero absorben y reemiten esta radiación de onda larga, reduciendo la pérdida neta al espacio y elevando la temperatura de la superficie. El balance se describe mediante la ecuación de transferencia radiativa que combina la absorción de Beer-Lambert con la emisión térmica y los términos fuente de dispersión.
Clinical relevance
La cuantificación de los flujos radiativos sustenta la modelización climática, las recuperaciones de teledetección de temperatura y composición, la evaluación de los recursos de energía solar y la definición del forzamiento radiativo utilizado en las evaluaciones de políticas climáticas.
History
La base radiativa del calentamiento atmosférico fue esbozada por Joseph Fourier y cuantificada por las mediciones de absorción de gases de John Tyndall y el cálculo de dióxido de carbono de Svante Arrhenius en 1896. Chandrasekhar formalizó la teoría de la transferencia radiativa a mediados del siglo XX, y las mediciones de la era satelital desde la década de 1980 han limitado el balance energético de la Tierra a unos pocos vatios por metro cuadrado.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Kevin Trenberth
Related topics
Seminal works
- trenberth2009
- liou2002
- wallaceHobbs2006
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre la radiación de onda corta y la de onda larga?
- La radiación de onda corta es la energía solar recibida por la Tierra, concentrada en longitudes de onda visibles y del infrarrojo cercano; la radiación de onda larga es el infrarrojo térmico emitido por la Tierra y la atmósfera más frías. La atmósfera es en gran medida transparente a la onda corta, pero absorbe fuertemente la onda larga.
- ¿Por qué la Tierra es más cálida de lo que predice un simple balance de radiación?
- Los gases de efecto invernadero absorben la radiación de onda larga saliente y reemiten parte de ella de vuelta hacia la superficie, por lo que la superficie debe ser más cálida que la temperatura de radiación efectiva del planeta para equilibrar el presupuesto energético.