MODELOS DE ATM“SFERA

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Física. Ambiental. MODELOS DE ATMÓSFERA. * PLANETA SIN ATMÓSFERA. * MODELO ATMÓSFERA NO ABSORBENTE. * MODELO ATMÓSFERA CON ABSORCIÓN SELECTIVA. * BALANCE DE RADIACIÓN EN LA TIERRA (PROMEDIO). * EJERCICIOS. Física. Ambiental. * PLANETA SIN ATMÓSFERA. Densidades de potencia (W·m -2 ). - PowerPoint PPT Presentation

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Diapositiva 1

MODELOS DE ATMSFERA* PLANETA SIN ATMSFERA* MODELO ATMSFERA NO ABSORBENTE* MODELO ATMSFERA CON ABSORCIN SELECTIVA* BALANCE DE RADIACIN EN LA TIERRA (PROMEDIO)

AmbientalFsica* EJERCICIOS2* PLANETA SIN ATMSFERA

Flujo de energa incidente (fuente: el Sol).Flujo de energa reflejada (fuente: el planeta).Densidades de potencia (Wm-2)

Igualdad de flujos

Temperatura T del planeta medida desde el exteriorAplicacin ley Stefan-Boltzmann al flujo saliente

AmbientalFsica3

* PLANETA SIN ATMSFERA (2)

AmbientalFsica4

Balance energa suelo:* MODELO ATMSFERA SIMPLE NO ABSORBENTEBalance energa atm:Temperatura T del planeta medida desde el exteriorAplicacin ley Stefan-Boltzmann al flujo saliente

Absorbe toda la radiacin de onda larga emitida por el planetaEs transparente a la radiacin de onda corta procedente del Sol

AmbientalFsica5

* MODELO ATMSFERA SIMPLE NO ABSORBENTE (2)

Absorbe toda la radiacin de onda larga emitida por el planetaEs transparente a la radiacin de onda corta procedente del Sol

AmbientalFsica

AmbientalFsica6

Balance energa suelo:

Balance energa atm:

Flujo de energa incidente: la atmsfera absorbe una fraccin C1de la radiacin de onda corta procedente del Sol,Flujo de energa saliente:la atmsfera absorbe una fraccin C2 de la radiacin de onda larga emitida por el suelo,

(*)(**)(*)

(**)

SIGUE* MODELO ATMSFERA CON ABSORCIN SELECTIVAC1 es el coeficiente de absorcin de la radiacin entrante.C2 es el coeficiente de absorcin de la radiacin saliente.

AmbientalFsica

Balance energa suelo:

Balance energa atm:

Obtenemos TEQ en funcin de , , C1 y C2

Llamamos(coeficiente cuerpo gris)

* MODELO ATMSFERA CON ABSORCIN SELECTIVA (2)Flujo de energa incidente: de la radiacin proce- dente del Sol,la atmsfera absorbe una fraccin C1.Flujo de energa saliente:la atmsfera absorbe una fraccin C2 de la radiacin emitida por el suelo,Temperatura T del planeta medida desde el exteriorAplicacin ley Stefan-Boltzmann

C1 es el coeficiente de absorcin de la radiacin entrante.C2 es el coeficiente de absorcin de la radiacin saliente.

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C1 es el coeficiente de absorcin de la radiacin entrante.C2 es el coeficiente de absorcin de la radiacin saliente.Coeficientes de absorcin atmosfricosEIN es el flujo de energa (Wm-2) que entra al sistema.EOUT es el flujo de energa (Wm-2) que sale del sistema.

* MODELO ATMSFERA CON ABSORCIN SELECTIVA (3)Valores tpicos atmsfera Tierra

9BALANCE DE RADIACIN EN LA TIERRA (PROMEDIO)5116Absorcin en nubes36420ReflejadaRetrodi- fundida por aireReflejada por nubesReflejada por la superficie100 %621Absorcin por vapor agua, CO2 y otros gases invernaderoFlujo calor sensible7Flujo calor latente23IR hacia el exterior382616 + 3+ 51+ 6 + 20= 100Onda corta+ 4Superficie21 + 7 + 23= 51Atmsfera6 +15 + 7 + 2316 + 3 6 + 26 + 38 = 70= 7015Emisin nubesEmisin neta vapor agua, CO2 y otros gases invernaderoAbsorcin por vapor de agua, polvo y ozonoInfrarrojoAdaptado de Andrew P. Ingersoll, La atmsfera, Investigacin y Ciencia, Temas 12.

AmbientalFsica

AmbientalFsica10Tritn, el mayor satlite de Neptuno, es el cuerpo celeste donde una sonda espacial ha medido la menor temperatura del sistema solar (34.5 K). Hgase una estimacin de la temperatura en la superficie de este satlite utilizando un modelo apropiado: se tendr en cuenta que su atmsfera es muy liviana (presin en superficie 0.001 kPa) y est compuesta principalmente de nitrgeno (99,9%) con pequeas trazas de metano (0.01%). Albedo de Tritn: 0.76. Distancia de Neptuno al Sol: 30 UA. Constante solar terrestre: 1366 Wm-2. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.6810-8 Wm-2K-4.La unidad astronmica (UA) es la distancia media de la Tierra al Sol. Ya que Neptuno est a 30 UA, la constante solar en sus alrededores ser 900 veces menor que en la Tierra:

Dado que la atmsfera es tan liviana y que adems est compuesta principalmente por nitrgeno, el cual es transparente tanto a la radiacin de onda corta procedente del Sol como a la radiacin infrarroja devuelta por el satlite, usaremos el modelo de planeta sin atmsfera para calcular la temperatura de equilibrio.

Tritn (foto Voyager 2)Concordancia con la temperatura medidaEjercicio 111De acuerdo con las teoras de evolucin estelar, el Sol aumentar su brillo en un 10% cada 1000 millones de aos. Estime la temperatura de la Tierra dentro de 1000 y 2000 millones de aos, suponiendo que las condiciones de la atmsfera permanezcan iguales que la actualidad y que debido a la disminucin de la nubosidad, el albedo se reducir en un tercio para dentro de 1000 millones de aos y a la mitad de su valor actual dentro de 2000 millones de aos. Datos de la Tierra hoy: albedo = 0.3; constante solar: 1366 Wm-2; coeficiente de absorcin de radiacin onda corta C1 = 0.1; coeficiente de absorcin de radiacin de onda larga C2 = 0.8. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.6810-8 Wm-2K-4.Ejercicio 2El aumento de brillo indica un aumento correspondiente de la potencia emitida por el Sol , por lo que la constante solar tambin aumentar en la misma proporcin.

1000 millones de aos, S = 1502.6 Wm-2 (+10%), a = 0.2

2000 millones de aos, S = 1639.2 Wm-2 (+20%), a = 0.15

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AmbientalFsicaHace unos 650 millones de aos la Tierra sufri un episodio de glaciacin global conocido como Tierra bola de nieve, durante el cual se cree que la temperatura media en superficie descendi hasta un valor promedio de -50 C. Debido a la cobertura de hielo, el albedo era significativamente mayor que en la actualidad. Estime un valor para el albedo en aquella poca, suponiendo que la constante solar era un 5% menor que hoy en da y que las propiedades absorbentes de la atmsfera eran sensiblemente iguales a las que prevalecen actualmente. Datos de la Tierra hoy: constante solar: 1366 Wm-2; coeficientes de absorcin atmosfrica: onda corta C1 = 0.1; onda larga C2 = 0.8. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.6810-8 Wm-2K-4.Ejercicio 3

Tabla de valores obtenida usando la hoja Excel para el modelo de absorcin selectivaHoja1Planeta sin atmsferaCte Stefan-Boltzmann5.68E-08Constante solar1366Albedo0.3Planeta sin atmsferaTemperatura de equilibrio255-18CModelo atmsfera simpleCte Stefan-Boltzmann5.68E-08Constante solar1366Albedo0.3Modelo atmsfera simple (no absorbente)Temperatura de equilibrio30330CTemperatura de la atmsfera255(segn clculo directo)-18C239Temperatura medida desde el exterior T (K) =255(a partir de flujo saliente)-18CModelo atmsfera absorcin selectivaDatos tpicos TierraCte Stefan-Boltzmann5.68E-085.68E-08Constante solar13661366Albedo0.30.3Absorcion de rad. solar0.10.1Absorcin de rad. terrestre0.80.8Coef. Cuerpo gris0.63157894740.6315789474Modelo atmsfera absorcin selectivaTemperatura de equilibrio28613CTemperatura de la atmsfera223(segn clculo directo)-50C24215239Temperatura medida desde el exterior T (K) =255-18C

Hoja2

Hoja3

MBD0002F639.unknown

MBD0007CC8C.unknown

MBD0007F424.unknown

MBD000BDE33.unknown

MBD000800D9.unknown

MBD0007EEDF.unknown

MBD0003D2B6.unknown

MBD00075DDE.unknown

MBD00031544.unknown

MBD0002A57E.unknown

MBD0002B1F2.unknown

MBD00029AF8.unknown

Hoja1Planeta sin atmsferaCte Stefan-Boltzmann5.68E-08TritnEncladoConstante solar1366309.5UAAlbedo0.30.760.9934.575KPlaneta sin atmsferaTemperatura de equilibrio255-18CModelo atmsfera simple (no absorbente)Cte Stefan-Boltzmann5.68E-08TritnEncladoConstante solar1366309.5UAAlbedo0.30.760.9934.575KModelo atmsfera simple (no absorbente)Temperatura de equilibrio30330CTemperatura de la atmsfera255(segn clculo directo)-18C239Temperatura medida desde el exterior T (K) =255(a partir de flujo saliente)-18CModelo atmsfera absorcin selectivaDatos tpicos TierraCte Stefan-Boltzmann5.68E-085.68E-08TritnEncladoConstante solar13661366309.5UAAlbedo0.30.30.760.99Absorcion de rad. solar0.10.134.575KAbsorcin de rad. terrestre0.80.8Coef. Cuerpo gris0.63157894740.6315789474Modelo atmsfera absorcin selectivaTemperatura de equilibrio28613CTemperatura de la atmsfera223(segn clculo directo)-50C24215239Temperatura medida desde el exterior T (K) =255-18C

Hoja2

Hoja3

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Hoja1Planeta sin atmsferaCte Stefan-Boltzmann5.68E-08Constante solar1366Albedo0.3Planeta sin atmsferaTemperatura de equilibrio255-18CModelo atmsfera simpleCte Stefan-Boltzmann5.68E-08Constante solar1366Albedo0.3Modelo atmsfera simple (no absorbente)Temperatura de equilibrio30330CTemperatura de la atmsfera255(segn clculo directo)-18C239Temperatura medida desde el exterior T (K) =255(a partir de flujo saliente)-18CModelo atmsfera absorcin selectivaDatos tpicos TierraCte Stefan-Boltzmann5.68E-085.68E-08Constante solar13661366Albedo0.30.3Absorcion de rad. solar0.10.1Absorcin de rad. terrestre0.80.8Coef. Cuerpo gris0.63157894740.6315789474Modelo atmsfera absorcin selectivaTemperatura de equilibrio28613CTemperatura de la atmsfera223(segn clculo directo)-50C24215239Temperatura medida desde el exterior T (K) =255-18C

Hoja2

Hoja3

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Hoja1Planeta sin atmsfer