D3 Flujos Superficiales y Balance Energético

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El método de covarianza de remolinos mide los flujos turbulentos de calor sensible, de calor latente y de dióxido de carbono como la covarianza que existe entre las fluctuaciones turbulentas de la velocidad vertical del aire y las fluctuaciones turbulentas de la temperatura, de la humedad específica o de la concentración de dióxido de carbono, según el flujo que se quiera medir; este método exige una resolución temporal muy alta, de al menos diez mediciones por segundo, y se apoya en la hipótesis de que el flujo neto de calor o de gas está dominado, casi por completo, por estos mismos remolinos turbulentos.

Una red mundial de estaciones que aplican este método de covarianza de remolinos reúne, hoy en día, cientos de torres de medición repartidas por distintos ecosistemas del planeta, permitiendo comparar los flujos turbulentos que se miden en un bosque tropical con los que se miden en una pradera o en un cultivo agrícola.

El balance de energía superficial relaciona la radiación neta que recibe una superficie con la manera en que esa radiación se reparte entre tres destinos distintos: el calor latente, el calor sensible y el flujo de calor que se transmite hacia el suelo; es precisamente esa radiación neta disponible la que hace que la suma de esos tres flujos deba coincidir, en todo momento, con la energía que efectivamente llegó a la superficie.

La razón de Bowen cuantifica precisamente cómo se reparte esa energía entre el calor sensible y el calor latente: es la humedad disponible en la superficie la que hace que esta razón sea alta en las superficies secas, donde casi toda la energía se va como calor sensible, y baja en las superficies húmedas, donde la mayor parte de la energía se consume evaporando agua en forma de calor latente.

La radiación neta que alimenta todo este balance se obtiene, en parte, midiendo la temperatura de la superficie con un termómetro infrarrojo y convirtiendo esa temperatura en un flujo de radiación de onda larga mediante la ley de Stefan-Boltzmann; el flujo de calor hacia el suelo, en cambio, se obtiene a partir de los gradientes de temperatura que se miden a distintas profundidades dentro del propio suelo, aplicando la ley de Fourier para la conducción del calor.

Las cámaras de flujo, por último, ofrecen un método más directo para medir gases como el dióxido de carbono y el metano: encierran una porción de suelo dentro de un recinto hermético y determinan el flujo de esos gases a partir de la velocidad con la que su concentración cambia dentro de ese recinto cerrado. Así, desde la covarianza de remolinos con la que arranca este documento hasta las cámaras de flujo con las que termina, pasando por el balance de energía superficial, la razón de Bowen y las leyes de Stefan-Boltzmann y de Fourier, la medición de los flujos superficiales hace que la energía y los gases que intercambian la superficie terrestre y la atmósfera, invisibles a simple vista, puedan cuantificarse con precisión desde una sola torre de medición.

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