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Física. Ambiental. UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA. FÍSICA AMBIENTAL APLICADA. Tema 2. LA ATMÓSFERA DE LA TIERRA. Departamento de Física Aplicada UCLM. Equipo docente : Antonio J. Barbero García Alfonso Calera Belmonte Pablo Muñiz García José Ángel de Toro Sánchez. Física. - PowerPoint PPT Presentation
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1
Ambiental
Física
Tema 2. LA ATMÓSFERA DE LA TIERRA
Departamento de Física AplicadaUCLM
FÍSICA AMBIENTAL APLICADAFÍSICA AMBIENTAL APLICADA
UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA
Equipo docente:Antonio J. Barbero GarcíaAlfonso Calera BelmontePablo Muñiz GarcíaJosé Ángel de Toro Sánchez
2
Núcleo interno
Sólido, radio 1200 km
Núcleo externo
Líquido, radio 3470 km
Manto
Radio 3470 km
Corteza
Espesor 8 - 70 kmAdaptado de:http://zebu.uoregon.edu/internet/images/earthstruc.gif
Teoría de acreción de planetesimales
Diferenciación de la estructura en función de la densidad
FORMACIÓN DE LA TIERRA
Ambiental
Física
3
Formada originalmente por los gases emitidos por componentes volátiles internos y erupciones volcánicas. Los gases fueron retenidos por la fuerza de gravedad.
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA
En las erupciones volcánicas actuales se observa que los volátiles más comunes son H2O (85%), CO2 (10%) y SO2 y compuestos de nitrógeno (resto).
Baja proporción actual de H2O en la atmósferaBaja proporción actual de CO2 en la atmósfera
Predominio del nitrógeno
Presencia de otros componentes (pequeña concentración)
Presencia de una importante fracción de O2
La atmósfera actual
Ambiental
Física
http://www.xtec.es/~rmolins1/solar/es/planeta02.htm
Información adicional: http://faculty.weber.edu/bdattilo/shknbk/notes/atmsphrorgns.htm
4
Componentes mayoritarios aire seco
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
Vapor de agua: Hasta 4% (volumen)
Adaptado de John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press
Componentes mayoritarios aire seco(% masa)
COMPOSICIÓN POR DEBAJO DE 100 km(porcentajes)
Ambiental
Física
5
(partes por millón en moléculas)
Ozono: 0-12 ppm
Componentes minoritarios
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA (2)
Ambiental
Física
6
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: H2O
Baja proporción actual de H2O en la atmósfera
T
P
P3
T3
T3= 0.01 C = 273.16 K
TC
PC
1 atm
100 C
P3= 0.006112 bar
TC = 374.15 C = 647.30 K
PC = 221.20 bar
Los ejes NO están a escala
10 20 30º C10
20
30
40
mb
Condiciones ambientales
23 mb
Ambiental
Física
7
Baja proporción actual de H2O en la atmósfera
Limitada capacidad de retener agua en estado vapor
Saturación y condensación
Precipitación y formación de océanosHidrosfera
http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo11/3.htmlInterdependencia del sistema
atmósfera / hidrosfera
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: H2O (2)
Ambiental
Física
8
Océano 97%
Hielo 2.4%
Otros 0.6%
Subsuelo 97%
Ríos y lagos 3,3%
Atmósfera 1,7%
Masa 1.36·1021 kg
Contenido actual de la hidrosfera:dos órdenes de magnitud INFERIORal agua inyectada en ella
* Filtraciones en puntos de subducción* Fotodisociación UV
Déficit
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Hidrosfera.
OcéanosHielo
97 %2,4 %
Subsuelo 0,6 %
Ríos y lagos 0,02 %Atmósfera 0,001 %
Ambiental
Física
9
Manto superior
Corteza oceánica
Corteza continental
Océano
Zona de subducción
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Hidrosfera (2).
Ambiental
Física
Filtraciones hacia el manto
FILTRACIONES DE AGUA HACIA EL MANTO
10
Fotodisociación
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Fotodisociación agua
OOHH
HH104º
HH
HH
Molécula de agua
OO
OOHH
HHOO
HH
HH
Alta atmósfera, condiciones de baja presión
Producción de radicales, recombinación formando especies nuevas. En especial el hidrógeno tiende a escapar.
Fotones de alta energía
Ambiental
Física
11
Baja proporción actual de CO2
Almacenamiento de carbono: * Rocas, sales, combustibles fósiles* Atmósfera (CO2 libre) y océano (CO2 disuelto)* Biosfera
Presencia de oxígeno en la corteza terrestre:* Sales de hierro, carbonatos y bicarbonatos
Carbonatos: formados mediante reacciones de intercambio iónico (seres vivos)
H2CO3 + Ca++ CaCO3 + 2H +H2O + CO2 H2CO3
Estimación del contenido en carbono de la corteza terrestre
(unidades arbitrarias)
Fuente: John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey.
Academic Press. Tomado de P K Weyl, Oceanography.
John Wiley & Sons, NY, 1970
Biosfera marina 1
Biosfera terrestre 1
Atmósfera (CO2) 70
Océano (CO2 disuelto) 4000
Combustibles fósiles 800
Sales 800000
Carbonatos 2000000
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: CO2
Procesos geológicos y biológicos
Ambiental
Física
12
335
330
325
320
315
Concentración CO2 (ppm)
1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974Año
Datos del observatorio de Mauna Loa (Hawaii). Adaptado de John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey.
ACTIVIDAD HUMANA y CO2 ATMOSFÉRICO
Incrementos de concentración desde 1750
Datos basados en http://zebu.uoregon.edu/1998/es202/l13.html
1750
Actual
280 ppm
360 ppm
29%
Ambiental
Física
Más información sobre ciclo del carbono: http://www.hamburger-bildungsserver.de/welcome.phtml?unten=/klima/klimawandel/carbondioxid/concentration.html
13
Predominio atmosférico del N2
El contenido original ha sido poco alterado a causa de su baja reactividad
Fijado alrededor del 20% en forma de nitratos (actividad biológica)
Otros componentes de la atmósfera
AZUFRE: Inyectado en atmósfera por erupcionesvolcánicas en forma de sulfuro
Lluvia ácida
Sulfatos enla corteza
GASES NOBLES: He, Ar Procedentes de desintegracionesradiactivas
NITRÓGENO Y COMPONENTES MINORITARIOS
Ambiental
Física
14
EL OXÍGENO
VIDA MARINA
Disociación del agua (UV) 2H2O 2H2 + O2
Fotosíntesis (luz visible) H2O + CO2 {CH2O} + O2
Primeros organismos
(ambiente reductor?) * 4109 años
Algas unicelularesliberación O2
2-3109 años
Producción O3 Reducción de UV
en superficie
VIDA EN TIERRA FIRME
Mayor liberación O2 4108 años
* Véase experimento de Miller en http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo9/4.html
FUENTES DEL OXÍGENO ATMOSFÉRICO
LA PRESENCIA DE O2 EN LA ATMÓSFERA ESTÁ LIGADA
A LOS PROCESOS BIOLÓGICOS
Ambiental
Física
15
ALGUNAS MAGNITUDES FÍSICAS QUE DESCRIBEN EL ESTADO DE LA ATMÓSFERA
Temperatura T Es la magnitud física que tiene el mismo valor en dos cuerpos que se hallan en equilibrio térmico (ausencia de transferencia neta entre ellos de energía en forma de calor).
La temperatura se mide con termómetros.
Unidad SI Kelvin (K)
Grado centígrado (ºC) K = ºC + 273.15
Se define el Kelvin como la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua
Conversor de temperaturas:http://www.lenntech.com/espanol/Calculadoras/temperatura.htm
Temperatura del aire: perfil vertical
La variación de la temperatura del aire con la altura en la atmósfera es el gradiente vertical de temperaturas (air lapse rate).
km
K
km
Cº
dz
dT
CASOS ESPECIALES
PROCESOS ADIABÁTICOS AIRE SECO
EN LA ATMÓSFERA ESTÁNDAR
km
Cº 8.9
dz
dT
km
Cº 5.6
dz
dT
Ambiental
Física
16
ALGUNAS MAGNITUDES FÍSICAS QUE DESCRIBEN EL ESTADO DE LA ATMÓSFERA (2)
Conversor de presión:http://www.lenntech.com/espanol/Calculadoras/presión.htm
Presión P Magnitud física que expresa la acción de un fluido sobre la superficie de un sólido o líquido y es el cociente entre la fuerza normal a la superficie y el área de la superficie sobre la que se ejerce.
Unidad SI Pascal Se define el pascal como la presión ejercida por una fuerza de 1 N sobre 1 m2.
1 bar = 100 kPa
1 mb = 0.1 kPa
metro de columna de agua (m.c.a.) 1 m.c.a. = 0.9807 kPa
1 atm = 101.325 kPa 1 mmHg (1 torr) = 0.1333kPa
1 kg/cm2 = 98.07 kPa
Otras unidades
Ambiental
Física
17
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
Por debajo de 100 km, para una altura dada, la presión está prácticamentesiempre dentro de un intervalo de un 30% de un valor estándar.
Ecuación de los fluidos: gdzdp
Variación vertical >> variación horizontalz
Densidad del aire decrece con la altura Ambiental
Física
Debida al peso de la columna de aire que se encuentra por encima de un lugar
A
B
BpAp
18
BP
BPgdzdP
z
Densidad proporcional a la presión
gdzdP El aire es un fluido compresible
dzBgP
dP zP
P
dzBgP
dP
00
H
zzBgPPLn
0Bg
H 1 )/exp(0
HzPP
kmH 7Depende de la masa molecular del gas
PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2)
Ambiental
Física
19
Troposfera
grad T = -6.5 K·km-1
80% masa, 100% vapor de agua Cortos tiempos de permanencia de partículas
Estratosfera Muy seca, incremento concentración O3 Largos tiempos de permanencia de partículas
Mezcla vertical muy reducida
99.9% masa
Mesosfera 99% resto
1% resto Termosfera
Partículas cargadas (ionosfera)
Partículas cargadas y no cargadasColisiones muy poco frecuentes
TROPOPAUSA
ESTRATOPAUSA
MESOPAUSA
LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA
10 - 12 km
50 km
80 km
Ambiental
Física
20
Gráfica elaborada con datos de condiciones medias anuales en http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap01/tropo.html
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80
6
8
10
12
14
16
18
Altu
ra (
km)
Latitud (grados)
ALTURA DE LA TROPOPAUSA
Troposfera
Estratosfera
Información adicional:Mapa de presiones en la tropopausa (valores medios entre 1983 y 1998) http://www.gfdl.noaa.gov/~tjr/TROPO/TROPO.html
* Latitud
En el ecuador se encuentra más elevada que en los polos
* Estación del año
Factores que influyen en altura de tropopausa
* Temperatura de la troposfera
En condiciones ambientales de bajas temperaturas, la tropopausa desciende debido a que en estos casos la convección es menor.
Ambiental
Física
21
ATMÓSFERA ESTÁNDAR
• La temperatura del aire a 0 metros (nivel del mar) es de 15 ºC (288.15 K)
• La presión atmosférica a 0 metros es de 1013.25 hPa
• El aire es seco y se comporta como un gas perfecto
• La aceleración de la gravedad es constante e igual a 980.665 cm/s2
• Desde el nivel del mar hasta los 11 km la temperatura decrece con la altura a razón de 6.5 ºC/km: T = 288.15 K -( 6.5 K/km)· H (H: altura en km)
• En este nivel la presión se estima mediante P = 1013.25 hPa ·(288.15 K/T)^-5.256
• Desde los 11 a los 20 km la temperatura se mantiene constante e igual a 216.65 K• En este nivel la presión se calcula como P = 226.32 hPa · exp(-0,1577·(H-11km))
• Desde los 20 a los 32 km la temperatura aumenta: T = 216.65 K + (H-20 km) (H: altura en km)
• En este nivel la presión se calcula: P = 54.75 hPa · (216.65K/T)^34.16319
Ambiental
Física
22
ATMÓSFERA ESTÁNDAR (2)
• Desde los 32 a los 47 km la temperatura aumenta según la relación T = 228.65 K + (2.8 K/km)·(H-32 km) (H: altura en km)
• En este nivel la presión se calcula mediante P = 8.68 hPa · (228.65 K/T)^12.2011
• Desde los 47 a los 51 km la temperatura se mantiene constante e igual a 270.65 K
• En este nivel la presión se calcula mediante P = 1.109 hPa · exp(-0,1262·(H-47km))
• Resto de niveles superiores puede verse en las siguientes referencias: A. Naya (Meteorología Superior en Espasa-Calpe); y, R.B.Stull (Meteorology for Scientists and Engineers)).
Calculadora de atmósfera estándar
Fuente: J. Almorox, http://www.eda.etsia.upm.es/climatologia/Presion/atmosferaestandar.htm
(hasta 86 km): http://www.digitaldutch.com/atmoscalc/
Ambiental
Física
23
20
40
60
80
100
120
140
160
10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 102 103101
Presión (mb)
Densidad (g/m3)
Recorrido libre medio (m)
Altura(km)
John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic PressAdaptado de CRC Handbook of Chemistry and Physics, 54th Edition. CRC Press (1973)
Gráfica elaborada con datos procedentes de
ATMÓSFERA ESTÁNDAR. PERFIL DE PRESIONES
Distancia promedio recorrida por una molécula antes de sufrir una colisión con otra.
Agua líquida condiciones ambientales
106 g/m3
Ambiental
Física
24C
apa
hom
ogén
ea
Altura
(km)
500/1500 Temperatura (ºC)-50 0 50 100 150 200-100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
490
500
510
520 Exosfera
Termosfera
Mesosfera
Estratosfera
Troposfera
ATMÓSFERA ESTÁNDAR. PERFIL DE TEMPERATURAS
TROPOPAUSA
ESTRATOPAUSA
MESOPAUSA
TERMOPAUSA
Gráfico elaborado según datos de http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/images/profile_jpg_image.html
TERMOPAUSA
La temperatura en la termosfera depende mucho de la actividad solar y puede variar entre 500 ºC y 1500 ºC.
Ambiental
Física
25
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA EN FUNCION DE LA ALTURA
1. Difusión debida a movimientos moleculares aleatorios
Tiende a producir una atmósfera en la que el peso molecular medio de la mezclade gases decrece con la altura, de forma que en los niveles superiores abundanlos gases más ligeros: cada gas constituyente se comporta como si sólo él estuviese presente, y la densidad de cada gas decae exponencialmente con la altura, pero la altura de referencia H es distinta para cada gas, pues la densidad de los gasesligeros decae más lentamente que la de los gases de mayor masa molecular (M).
)/exp(0
HzPP Bg
H 1
Altura
Mayor M, mayor B Menor M, menor B
Ambiental
Física
26
20
40
60
80
100
120
140
160
10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 102 103101
m
km
Recorrido libre medio vs altura
Cap
a ho
mog
énea
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA EN FUNCION DE LA ALTURA (2)
2. Mezcla por movimientos convectivos
La convección tiende a homogeneizar la composición de la atmósfera. A niveles bajos el recorrido libre medio es tan pequeño que el tiempo necesario para separar componentes es mucho mayor que el que requieren las turbulencias para formar una mezcla homogénea.
Por tanto a niveles bajos la atmósfera es un sistema cuyos componentes se encuentran muy bien mezclados.
A partir de esta altura la mezcla por convección ya no es tan eficiente y se aprecian diferencias de composición en función de la altura.
Límite: aproximadamente a 100 km
Ambiental
Física
27
Velocidad más probable:mM
kTv
2
Velocidad de escape: aquella velocidad para la cual la energía cinética de unapartícula es suficiente para escapar al infinito desde el campo gravitatorio terrestre( a una altura de 0 km, la velocidad de escape es alrededor de 11 kms-1)
Velocidad más probable Hidrógeno 3 kms-1
Oxígeno 0.8 kms-1
Fracción de moléculas con velocidad igual a la de escape
10 -6
10 -84
ESCAPE DE GASES DE LA ATMÓSFERA
La temperatura a 500 km es de 600 ºC velocidad más probable 3 kms-1
Escape de gases ligeros a lo largo de las eras geológicas
Ambiental
Física
28
Aire en movimiento. Flujo de aire relacionado, entre otros factores, con diferencias de presión
... pero
rur
PPgrad
Gradientes de presión +
ru
El aire tiende a desplazarse CONTRA el gradiente de
presión
VIENTO
1024
10201016
Magnitud escalar
-grad P
Escalar
Posición
DIRECCIÓN DEL GRADIENTE: LA DE MÁXIMA VARIACIÓN DE LA PROPIEDAD ESCALAR
falta considerar la rotación de la Tierra!
Ambiental
Física
29
rvaa RR 2
Centrípeta
Coriolis
Aceleración medida en sistema en rotación
Aceleración medida en sistema en reposo
rvaa RR 2
Rv
Rv2
Rv 2
Polo Norte
RvRv 2
Trayectoria en un sistema de referencia inercial
Trayectoria en un sistema de referencia acelerado
EFECTOS DE LA ROTACIÓN DE LA TIERRA
Ambiental
Física
30
Rv 2
Rv2
Desviación a la derecha respecto al sentido del movimiento
Rv2
Rv 2
Desviación a la izquierda respecto al sentido del movimiento
N
S
Rv
Rv
DESVIACIÓN DE CORIOLISVisto sobre la superficie
Sentido del movimiento
Desviación de Coriolis
HEMISFERIO NORTE
HEMISFERIO SUR
Desviación de Coriolis
Sentido del movimiento
Ambiental
Física
31
1016
1020
1024
-grad P
Fuerza gradiente de presión
Fuerza Coriolis
Dirección del viento
Rv 2
Hemisferio norte: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su derecha las áreas de alta presión: sentido horario alrededor de los anticiclones
Viento geostrófico: resultante del equilibrio
entre el gradiente de presión y la aceleración
de Coriolis. Fluye PARALELO a las
isobaras
VIENTO GEOSTRÓFICO
Hemisferio sur: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su izquierda las áreas de alta presión: sentido antihorario alrededor de los anticiclones
Ambiental
Física
32
Hemisferio Norte: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la derecha
A
En los anticiclones los vientos giran en sentido horario
B
En las borrascas los vientos giran en sentido antihorario
ANTICICLONES Y BORRASCAS
Hemisferio Sur: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la izquierda
AEn los anticiclones los vientos giran en sentido antihorario
B En las borrascas los vientos giran en sentido horario
Ambiental
Física
33
BBBB Convergencia Intertropical
BB BB
BBBB
AA AAAA
AA AAAA
11
22
33
11 Célula polar 22 Célula de Ferrell 33 Célula de Hadley
Esquema de circulación atmosférica basado enhttp://www.newmediastudio.org/DataDiscovery/Hurr_ED_Center/Easterly_Waves/Trade_Winds/Trade_Winds.html
CIRCULACIÓN GENERAL ATMOSFÉRICA
Modelo simple
Aire descendente en los polos fríos y ascendente en las latitudes ecuatoriales cálidas
NO TIENE EN CUENTA LA ROTACIÓN DE LA TIERRA
Vientos polares del este
Alisios del noreste
Vientos del oeste
Alisios del sureste
Vientos del oeste
Vientos polares del este
Ambiental
Física
34
Círculo Polar Antártico
Círculo Polar Ártico
VIENTOS DEL OESTE CERCA DE REGIONES POLARES
ÁRTICO ANTÁRTICO
Relación con el agujero de ozono sobre la Antártida
Ambiental
Física
35
CONCEPTO DE CAPA LÍMITE
1
10
100
1000
10000
Alt
ura
(ord
en d
e m
agni
tud,
m)
CA
PA
RU
GO
SA
CA
PA
SU
PE
RF
ICIA
LC
AP
A
EX
TE
RN
A
TROPOPAUSA
CA
PA
LÍM
ITE
TR
OP
OS
FE
RA
RUGOSIDADES SUPERFICIALES
Turbulencia: vórtices y remolinos asociados a diversas causas
BASE DE LAS NUBES
La capa límite es la parte de la troposfera influida directamente por la superficie de la Tierra, y que responde a las fuerzas superficiales en una escala temporal de alrededor de una hora o menos.
Las fuerzas asociadas a la superficie de la Tierra incluyen fricción de arrastre, transferencia de calor, evaporación y transpiración, emisión de contaminantes y características del terreno que modifican el flujo.
Ambiental
Física
36
CAPA LIMITE PLANETARIA
Troposfera
PBL
(Planetary Boundary Layer, PBL, o Atmospheric Boundary Layer, ABL)
La capa límite planetaria es la capa
de la atmósfera (300 -3000 m de
espesor) que interactúa con la
superficie terrestre, y que es
influenciada por los intercambios de
energía y materia con dicha superficie
Los intercambios de energía y materia están relacionados con las turbulencias
Es una capa de mezcla
Dilución de contaminantes
Ambiental
Física
37
Salida del SolCalentamiento
superficialMezclado capa límite
Incremento continuo espesor capa límite
Puesta de Sol
VARIACIÓN DIARIA DE LA CAPA LÍMITE
Valores típicos al final de la tarde 1 km (0.2 km - 5 km)
Comienzo noche
Enfriamiento del suelo
Reducción o desaparición turbulencias
Reducción espesor capa
límite
Valores típicos 100 m (20 m - 500 m)
1 km
(0.
2 km
-5 k
m)
100 m (20 m - 500 m)
El viento, la temperatura y demás propiedades de la capa límite sufren
variaciones diarias menos acusadas sobre superficies extensas de agua (océanos y
grandes lagos) debido a la mayor capacidad calorífica de la capa de mezcla
sobre tales superficies.
Ambiental
Física
38
VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (CAPA LÍMITE)
El viento se caracteriza por su dirección (desde la cual sopla) y velocidad (magnitud vectorial,tres dimensiones). Normalmente se expresa en m/s.Los equipos que miden la velocidad del viento se llaman anemómetros
La fricción con la superficie terrestre hace que las capas más cercanas a la superficie circulan más lentas, generando un efecto de corte (cizalla) sobre la superficie (vegetación, suelo,…).
La fricción del aire con la superficie es uno de los mecanismos que generan turbulencia (turbulencia mecánica), esto es remolinos, que transportan calor, vapor de agua, CO2 y cantidad de movimiento.
La fricción es un proceso en el que interviene el viento y las características de la superficie a través de la capa límite
Ambiental
Física
39
VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (2)
87.4
42.58.67ln2
zuu z
Perfil de velocidades
Debe especificarse la altura a la que se sitúen los anemómetros sobre el suelo: en agrometeorología la altura estándar es de 2 m.
El perfil de velocidades es logarítmico.
Una superficie especial: una superficie de gramíneas homogénea (cesped, por ejemplo). Encima de esta superficie el perfil de velocidades es
u2 velocidad del viento a una altura de 2 m (m/s)
uz velocidad del viento a la altura z (m/s)
z altura sobre la superficie del suelo (m)
La velocidad del viento depende de la altura sobre el suelo
0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,50
2
4
6
8
10
12
14
16
Altu
ra z
(m
)
Velocidad uz (m/s)
Ambiental
Física
Para u2 = 1 m/s
40
TEMPERATURA DEL AIRE CERCA DE LA SUPERFICIE
Existe un ciclo diario de temperaturas
2minmax
mTT
T
Temperatura media diaria Tm
Temperatura máxima Tmax y mínima Tmin
TmaxTmax
Tmin
El momento en que se alcanza la temperatura máxima diaria está desfasado respecto al medidodía solar
Ambiental
Física
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
18
20
22
24
26
28
30
32
Te
mp
era
tura
ºC
Hora GMT
med
iodí
a
Tmin
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Te
mp
era
tura
ºC
Hora GMT
med
iodí
a
Salida de sol
Pue
sta
de s
ol
Salida de sol
Pue
sta
de s
ol
Día de verano 1 de agosto 98
Día de invierno 6 de enero 1999
Datos de temperatura medidos a 10 m
41
CICLO DIARIO DE TEMPERATURA Y HUMEDAD
100
80
60
40
35
30
25
20
Tem
per
atu
ra º
C
Hu
med
ad r
elat
iva
%
24211815129630
Hora
Presión de vapor de agua invariable a lo largo del día = 24 mb
Salida de sol med
iodí
a
42
CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS (EN ALTURA)
30 35 40 45 50T (ºC)
08:00
10:00
05:00
12:00
15:00
18:00
Altura
15 cm
30 cm
60 cm
1.20 m
10.0 m
2.40 m
-2 cm
-5 cm
-15 cm
Perfiles en verano (datos: media meses julio y agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía Física)
Ambiental
Física
DEPENDENCIA CON LA ALTURA SOBRE EL SUELO Y LA PROFUNDIDAD
Consecuencia de efectos de mezclado en la capa límite
43
Temperatura y desarrollo biológico
El desarrollo de los organismos vivos está relacionado con la temperatura. Las hipótesis más usuales son:
El ritmo de desarrollo es proporcional a la temperatura
El desarrollo ocurre cuando se supera una temperatura umbral o temperatura base, Tb, que depende de cada organismo. Para temperaturas por debajo de Tb se detiene el desarrollo.
La temperatura no supera el valor para el que se produce el máximo crecimiento, Tm. Temperaturas superiores a Tm podrían inhibir o detener completamente el crecimiento.
Tiempo térmico (grados-día, grados-hora,…) [tiempo fisiológico]
Si se combina la temperatura y el tiempo durante el cual el organismo está expuesto a dicha temperatura se puede encontrar una escala en la cual el ritmo de desarrollo es constante.
Ambiental
Física
44
Temperatura y desarrollo biológico (2)
Tiempo térmico (grados-día, grados-hora,…)
tTT bi )( para Ti > Tb, en otro caso Δτ = 0
Δτ tiempo térmico (grados-día, grados-hora,… dependiendo del intervalo temporal considerado)
temperatura media en el intervalo temporal consideradoTi
temperatura umbral por debajo de la cual se interrumpe el crecimientoTb
Δt intervalo temporal considerado (día, hora,…)
Para el caso específico de intervalo diario, Δt = 1 día
n
ib
i
minmax TTT
1 2 b
minmax TTT
2
si se cumple
Ambiental
Física
45
Día Tmax Tmin
188 23,3 12,2189 23,9 9,4190 17,2 6,1191 21,1 7,8192 23,3 10,6193 29,4 12,8194 22,6 13,3195 15,0 5,6196 18,9 6,7197 17,2 10,0198 20,0 8,3199 25,6 10,0
Un cultivo tiene una temperatura base de 11ºC y requiere de un tiempo térmico de 40 grados-día para su emergencia. ¿Qué día germinará si ha sido plantado el día 188?. Usar los datos de la tabla.
EJEMPLO
6,812,413,116,522,532,639,5
41,343,947,153,9
41,3-0,7
17,816,711,714,517,021,118,010,312,813,614,217,8
Ti
6,85,70,63,56,0
10,17,0
-0,71,82,63,26,8
Ti -Tb
Temperatura y desarrollo biológico (3)
n
ib
i
minmax TTT
1 2
Periodo diario, usamos:
i
minmaxi
TTT
2
PRIMER VALOR > 40 ºC·DÍA196
Día de germinación del cultivo
Ambiental
Física
46
CICLO DEL AGUA
Océanos
Atmósfera
1350·1015 m3
13·1012 m3
Eva
pora
ción
361·
1012
m3 /
año
Prec
ipit
ació
n
324·
1012
m3 /
año
Tierras
33.6·1015 m3
37·1
012 m
3 /añ
o
Agu
as
supe
rfic
iale
s y
subt
errá
neas
Evaporación y transpiración
62·1012 m3/año
99·1012 m3/año
Precipitación
361·1012 m3/año
62·1012 m3/año
423·1012 m3/año
324·1012 m3/año
99·1012 m3/año
423·1012 m3/año
BALANCE ATMÓSFERA
Basado enhttp://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/hyd/bdgt.rxml
Ambiental
Física
47
Estratos impermeables
Percolación profunda
Flujo superficial
Océano
Escorrentía
Flujo superficial
Movimiento aguas subterráneas
Nivel freático
Infiltración
Intrusiones salinas
Precipitación en tierra
100
Evaporación desde tierra
68
Evaporación
Vegetación
Suelo
Embalse
31 Evaporación desde océano
428
396
Precipitación sobre océano
32
CICLO DEL AGUA (2)
Basado en Britannica 2004
Flujos en unidades de 1012 m3/año
DETALLE DE MOVIMIENTOS DE AGUA EN LA BIOSFERA
Ambiental
Física
Intercepción y transpiración
1
48
PRECIPITACIÓN
LLUVIA
Caída enla superficie
Evaporada enla atmósfera
Interceptada porla vegetación
Drenadahacia el suelo
Almacenamientoy evaporaciónCorrientes
superficiales
Estancadas yevaporadas
Infiltradaen suelo
Percolaciónprofunda
Retenidaen suelo
Almacenamientosubterráneo
Crecimientovegetación
No usadavegetación
No usada
Ambiental
Física
49
1 m
1 m
1 m2
1 litro
1 mm
PRECIPITACIÓN EN MILÍMETROS = LITROS / m2
PRECIPITACIÓN. SU MEDIDA
PLUVIÓMETRO
Los pluviómetros lectura directa tienen un recipiente y un embudo. Cada 12 horas se vacía el recipiente en una probeta graduada con una sección diez veces menor que la de recepción, con lo que es posible establecer una relación entre la altura en la probeta y la precipitación en milímetros por metro cuadrado.
Ambiental
Física
50
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC AÑO
1940-1960 26 25 32 38 50 28 8 18 35 47 22 28 357
1961-1990 24 26 30 52 41 38 9 13 25 40 39 30 366
1991-2000 19 28 22 28 47 35 13 11 49 39 28 34 354
2001 29 14 18 17 62 0 0 0 25 37 37 28 267
2002 13 2 31 65 51 63 0 24 28 38 33 26 374
ALBACETE/LOS LLANOS
Coordenadas: 39-00-25N 1-57-08W Altitud: 704m
Datos de precipitación (mm)
http://www.sao-albacete.org/tablaP8175.html
PRECIPITACIÓN. EJEMPLO
Ambiental
Física
51
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC0
10
20
30
40
50P
reci
pita
ció
n (
mm
)
Meses
B C D
1940-1960
1961-1990
1991-2000
MEDIAS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN. ALBACETE/LOS LLANOS
Fuente: datos en http://www.sao-albacete.org/tablaP8175.html
Ambiental
Física
52
Sobre aceleración de Coriolis (idioma inglés)http://zebu.uoregon.edu/~js/glossary/coriolis_effect.htmlhttp://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/fw/crls.rxml
Sobre anticiclones y borrascashttp://vppx134.vp.ehu.es/met/html/diccio/anticicl.htmhttp://vppx134.vp.ehu.es/met/html/diccio/borrasca.htm
Sobre CO2 en la atmósfera (idioma inglés):http://www.iitap.iastate.edu/gccourse/chem/gases/gases_lecture_es.html
Libros (inglés)
BIBLIOGRAFÍA y DOCUMENTACIÓN
S. Pal Arya, Introduction to Micrometeorology, 2th Edition. University Press.
Roland B. Stull, An Introduction to Boundary Layer Meteorology, Kluwer Academic Publishers
John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press
Ambiental
Física
Revisión general sobre características de la atmósfera (muy completo; idioma inglés)http://ceos.cnes.fr:8100/cdrom-98/ceos1/science/dg/dgcon.htm
La atmósfera en capítulo 3 y ciclos de los elementos en capítulo 4.http://www.esi.unav.es/asignaturas/ecologia/Hipertexto/00General/IndiceGral.html
Discusión sobre el origen del oxígeno atmosférico: http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo11/10.html