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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E2 - Efecto Invernadero y Opacidad Atmosférica
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4624
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Absorción espectral infrarroja
opacidad espectral
Grupo 2: Grupo 2: Transferencia radiativa por capas
balance radiativo de capa
Grupo 3: Grupo 3: Saturación y forzamiento del CO₂
forzamiento radiativo logarítmico
Grupo 4: Grupo 4: Altitud efectiva de emisión
altitud efectiva de emisión
Grupo 5: Grupo 5: Temperatura de emisión y OLR
temperatura efectiva de emisión
Grupo 6: Grupo 6: Desequilibrio y calentamiento superficial
calentamiento superficial
ID:1693
Grupo 1: Grupo 1: Absorción espectral infrarroja
Descripción
opacidad espectral
Pregunta clave: ¿Cómo atenúan los gases de efecto invernadero la radiación infrarroja en bandas específicas?
opacidad espectral El efecto invernadero real es un fenómeno de transferencia radiativa: los gases de efecto invernadero absorben radiación infrarroja en bandas específicas del espectro y la reemiten en todas direcciones, y esa absorción y reemisión de radiación infrarroja por parte de los gases de efecto invernadero aumenta la opacidad de la atmósfera precisamente en esas bandas específicas del espectro. Entre los gases de efecto invernadero, el forzamiento radiativo que produce el dióxido de carbono no crece en proporción directa a la concentración de dióxido de carbono, sino de forma logarítmica, porque las bandas principales de absorción del dióxido de carbono se saturan: una vez que una banda específica del espectro ya absorbe casi toda la radiación infrarroja que le llega, agregar más dióxido de carbono a la atmósfera ya no aumenta mucho más la absorción en esa banda específica del espectro, aunque la concentración de dióxido de carbono siga subiendo. Todo el efecto invernadero real descrito —desde la absorción y reemisión de radiación infrarroja por los gases de efecto invernadero hasta el calentamiento superficial final— se resume en esta misma cadena: más gases de efecto invernadero elevan la altitud de emisión efectiva, una altitud de emisión efectiva más alta significa una temperatura de emisión más baja, y una temperatura de emisión más baja reduce la radiación de onda larga saliente que equilibraba a la energía solar absorbida, forzando a la superficie de la Tierra a calentarse hasta que un nuevo equilibrio, a una temperatura superficial más alta, vuelva a igualar la radiación de onda larga saliente con la energía solar absorbida.
ID:2978
Grupo 2: Grupo 2: Transferencia radiativa por capas
Descripción
balance radiativo de capa
Pregunta clave: ¿Cómo reparte cada capa atmosférica la radiación entre absorción, emisión y transmisión?
balance radiativo de capa La física que describe esta absorción y reemisión de radiación infrarroja se apoya en dos relaciones fundamentales: una relación que describe cómo la radiación infrarroja pierde intensidad, capa por capa, a medida que atraviesa una atmósfera capaz de absorberla, y un conjunto de ecuaciones de transferencia que, capa por capa de la atmósfera, llevan la cuenta de cuánta radiación infrarroja absorbe, cuánta radiación infrarroja emite y cuánta radiación infrarroja simplemente deja pasar cada capa de la atmósfera. El efecto invernadero real es un fenómeno de transferencia radiativa: los gases de efecto invernadero absorben radiación infrarroja en bandas específicas del espectro y la reemiten en todas direcciones, y esa absorción y reemisión de radiación infrarroja por parte de los gases de efecto invernadero aumenta la opacidad de la atmósfera precisamente en esas bandas específicas del espectro. Cuanto más opaca se vuelve la atmósfera en una banda específica del espectro, menos radiación infrarroja de esa banda logra atravesar la atmósfera de corrido desde la superficie hasta el espacio sin ser absorbida y reemitida al menos una vez en el camino.
ID:2979
Grupo 3: Grupo 3: Saturación y forzamiento del CO₂
Descripción
forzamiento radiativo logarítmico
Pregunta clave: ¿Por qué el forzamiento del CO₂ crece logarítmicamente y no en proporción directa?
forzamiento radiativo logarítmico Entre los gases de efecto invernadero, el forzamiento radiativo que produce el dióxido de carbono no crece en proporción directa a la concentración de dióxido de carbono, sino de forma logarítmica, porque las bandas principales de absorción del dióxido de carbono se saturan: una vez que una banda específica del espectro ya absorbe casi toda la radiación infrarroja que le llega, agregar más dióxido de carbono a la atmósfera ya no aumenta mucho más la absorción en esa banda específica del espectro, aunque la concentración de dióxido de carbono siga subiendo. Por eso cada vez que la concentración de dióxido de carbono se duplica, esa duplicación produce aproximadamente el mismo forzamiento radiativo adicional, cercano a tres coma siete vatios por metro cuadrado, tanto si la duplicación ocurre a partir de una concentración de dióxido de carbono baja como si ocurre a partir de una concentración de dióxido de carbono ya alta. El efecto invernadero real es un fenómeno de transferencia radiativa: los gases de efecto invernadero absorben radiación infrarroja en bandas específicas del espectro y la reemiten en todas direcciones, y esa absorción y reemisión de radiación infrarroja por parte de los gases de efecto invernadero aumenta la opacidad de la atmósfera precisamente en esas bandas específicas del espectro.
ID:2980
Grupo 4: Grupo 4: Altitud efectiva de emisión
Descripción
altitud efectiva de emisión
Pregunta clave: ¿Cómo desplaza una mayor opacidad la región desde la que escapa la radiación al espacio?
altitud efectiva de emisión Cuando la concentración de gases de efecto invernadero aumenta, la atmósfera se vuelve opaca a la radiación infrarroja incluso a altitudes mayores que antes, y por eso la altitud de emisión efectiva —la altura desde la cual la atmósfera finalmente logra emitir radiación infrarroja hacia el espacio sin que ninguna capa superior vuelva a absorberla— sube. Como la temperatura de la atmósfera decrece con la altitud, una altitud de emisión efectiva más alta corresponde también a una temperatura de emisión más baja, y esa temperatura de emisión más baja reduce la radiación de onda larga saliente, porque una capa más fría emite menos radiación infrarroja que una capa más caliente. Todo el efecto invernadero real descrito —desde la absorción y reemisión de radiación infrarroja por los gases de efecto invernadero hasta el calentamiento superficial final— se resume en esta misma cadena: más gases de efecto invernadero elevan la altitud de emisión efectiva, una altitud de emisión efectiva más alta significa una temperatura de emisión más baja, y una temperatura de emisión más baja reduce la radiación de onda larga saliente que equilibraba a la energía solar absorbida, forzando a la superficie de la Tierra a calentarse hasta que un nuevo equilibrio, a una temperatura superficial más alta, vuelva a igualar la radiación de onda larga saliente con la energía solar absorbida.
ID:2981
Grupo 5: Grupo 5: Temperatura de emisión y OLR
Descripción
temperatura efectiva de emisión
Pregunta clave: ¿Cómo convierte una mayor altitud de emisión en menor radiación de onda larga saliente?
temperatura efectiva de emisión Como la temperatura de la atmósfera decrece con la altitud, una altitud de emisión efectiva más alta corresponde también a una temperatura de emisión más baja, y esa temperatura de emisión más baja reduce la radiación de onda larga saliente, porque una capa más fría emite menos radiación infrarroja que una capa más caliente. Todo el efecto invernadero real descrito —desde la absorción y reemisión de radiación infrarroja por los gases de efecto invernadero hasta el calentamiento superficial final— se resume en esta misma cadena: más gases de efecto invernadero elevan la altitud de emisión efectiva, una altitud de emisión efectiva más alta significa una temperatura de emisión más baja, y una temperatura de emisión más baja reduce la radiación de onda larga saliente que equilibraba a la energía solar absorbida, forzando a la superficie de la Tierra a calentarse hasta que un nuevo equilibrio, a una temperatura superficial más alta, vuelva a igualar la radiación de onda larga saliente con la energía solar absorbida. Cuando la concentración de gases de efecto invernadero aumenta, la atmósfera se vuelve opaca a la radiación infrarroja incluso a altitudes mayores que antes, y por eso la altitud de emisión efectiva —la altura desde la cual la atmósfera finalmente logra emitir radiación infrarroja hacia el espacio sin que ninguna capa superior vuelva a absorberla— sube.
ID:2982
Grupo 6: Grupo 6: Desequilibrio y calentamiento superficial
Descripción
calentamiento superficial
Pregunta clave: ¿Cómo produce la reducción de OLR calentamiento hasta un nuevo equilibrio?
calentamiento superficial Todo el efecto invernadero real descrito —desde la absorción y reemisión de radiación infrarroja por los gases de efecto invernadero hasta el calentamiento superficial final— se resume en esta misma cadena: más gases de efecto invernadero elevan la altitud de emisión efectiva, una altitud de emisión efectiva más alta significa una temperatura de emisión más baja, y una temperatura de emisión más baja reduce la radiación de onda larga saliente que equilibraba a la energía solar absorbida, forzando a la superficie de la Tierra a calentarse hasta que un nuevo equilibrio, a una temperatura superficial más alta, vuelva a igualar la radiación de onda larga saliente con la energía solar absorbida. Esa radiación de onda larga saliente reducida es, precisamente, lo que produce el calentamiento superficial: mientras la radiación de onda larga saliente se mantenga por debajo de la energía solar que la Tierra absorbe, la superficie de la Tierra sigue acumulando energía y su temperatura sigue subiendo. Entre los gases de efecto invernadero, el forzamiento radiativo que produce el dióxido de carbono no crece en proporción directa a la concentración de dióxido de carbono, sino de forma logarítmica, porque las bandas principales de absorción del dióxido de carbono se saturan: una vez que una banda específica del espectro ya absorbe casi toda la radiación infrarroja que le llega, agregar más dióxido de carbono a la atmósfera ya no aumenta mucho más la absorción en esa banda específica del espectro, aunque la concentración de dióxido de carbono siga subiendo.
ID:2983