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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E4 - Radiación 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:4936
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: Radiación solar de onda corta
¿Cómo entra y se caracteriza la radiación solar?
Grupo 2: Grupo 2: Absorción selectiva de onda corta
¿Qué componentes atmosféricos absorben partes específicas del espectro solar?
Grupo 3: Grupo 3: Dispersión atmosférica de onda corta
¿Cómo se dispersa la radiación solar y de qué depende esa dispersión?
Grupo 4: Grupo 4: Reflexión y albedo planetario
¿Qué fracción de la radiación solar retorna al espacio?
Grupo 5: Grupo 5: Emisión terrestre de onda larga
¿Cómo emiten radiación la Tierra y la atmósfera según su temperatura?
Grupo 6: Grupo 6: Efecto invernadero y forzamiento radiativo
¿Cómo modifican los gases de efecto invernadero la opacidad, temperatura y flujo neto?
Grupo 7: Grupo 7: Transferencia radiativa y modelización
¿Cómo se integra absorción, dispersión y emisión a lo largo de un rayo y cómo se aproxima numéricamente?
ID:1797
Grupo 1: Grupo 1: Radiación solar de onda corta
Descripción
¿Cómo entra y se caracteriza la radiación solar?
Pregunta clave: ¿Cómo entra y se caracteriza la radiación solar?
Tanto la radiación solar de onda corta como la radiación de onda larga que emite la Tierra siguen, en el fondo, la misma descripción física a lo largo de cualquier rayo que atraviese la atmósfera: la ecuación de transferencia radiativa. Lo que no se absorbe puede dispersarse en cambio: las moléculas del aire dispersan la radiación solar mediante la llamada dispersión Rayleigh, que depende muchísimo de la longitud de onda —cuanto más corta es la longitud de onda de la luz, mucho más intensa es esa dispersión, y esa es la razón por la que el cielo se ve azul, porque la luz azul, al tener la longitud de onda más corta del espectro visible, es la que las moléculas del aire dispersan con más fuerza—, mientras que los aerosoles dispersan la radiación solar mediante la dispersión Mie, que depende, más bien, del tamaño de cada partícula. La radiación atmosférica controla el balance energético de la Tierra y de su atmósfera, y ese balance empieza con la radiación solar, la radiación de onda corta que llega del Sol con longitudes de onda de entre dos décimas y cuatro micrómetros. Así, desde la radiación solar que entra hasta la radiación de onda larga que la Tierra devuelve al espacio, pasando por el forzamiento radiativo que los gases de efecto invernadero le imponen a ese intercambio, la radiación atmosférica sigue siendo la que controla, en última instancia, el balance energético de la Tierra y de su atmósfera.
ID:3920
Grupo 2: Grupo 2: Absorción selectiva de onda corta
Descripción
¿Qué componentes atmosféricos absorben partes específicas del espectro solar?
Pregunta clave: ¿Qué componentes atmosféricos absorben partes específicas del espectro solar?
Antes de llegar a la superficie, esa radiación solar se topa con distintos obstáculos: el ozono absorbe parcialmente la parte ultravioleta de la radiación solar, y el vapor de agua absorbe parcialmente su parte de infrarrojo cercano. Los gases de efecto invernadero —el vapor de agua, el dióxido de carbono, el ozono, el metano y el óxido nitroso— absorben esa radiación de onda larga y la reemiten en bandas específicas del infrarrojo, y cuantos más gases de efecto invernadero hay en la atmósfera, mayor es la opacidad atmosférica a esa radiación de onda larga; esa mayor opacidad atmosférica es, precisamente, lo que eleva la temperatura de la superficie por encima de la que tendría un planeta idéntico pero sin atmósfera. Lo que no se absorbe puede dispersarse en cambio: las moléculas del aire dispersan la radiación solar mediante la llamada dispersión Rayleigh, que depende muchísimo de la longitud de onda —cuanto más corta es la longitud de onda de la luz, mucho más intensa es esa dispersión, y esa es la razón por la que el cielo se ve azul, porque la luz azul, al tener la longitud de onda más corta del espectro visible, es la que las moléculas del aire dispersan con más fuerza—, mientras que los aerosoles dispersan la radiación solar mediante la dispersión Mie, que depende, más bien, del tamaño de cada partícula. La radiación atmosférica controla el balance energético de la Tierra y de su atmósfera, y ese balance empieza con la radiación solar, la radiación de onda corta que llega del Sol con longitudes de onda de entre dos décimas y cuatro micrómetros.
ID:3921
Grupo 3: Grupo 3: Dispersión atmosférica de onda corta
Descripción
¿Cómo se dispersa la radiación solar y de qué depende esa dispersión?
Pregunta clave: ¿Cómo se dispersa la radiación solar y de qué depende esa dispersión?
Lo que no se absorbe puede dispersarse en cambio: las moléculas del aire dispersan la radiación solar mediante la llamada dispersión Rayleigh, que depende muchísimo de la longitud de onda —cuanto más corta es la longitud de onda de la luz, mucho más intensa es esa dispersión, y esa es la razón por la que el cielo se ve azul, porque la luz azul, al tener la longitud de onda más corta del espectro visible, es la que las moléculas del aire dispersan con más fuerza—, mientras que los aerosoles dispersan la radiación solar mediante la dispersión Mie, que depende, más bien, del tamaño de cada partícula. Según esta ecuación, la intensidad de la radiación que viaja a lo largo de ese rayo se atenúa por la absorción y por la dispersión que la alejan del rayo, y al mismo tiempo se incrementa por la emisión propia de la atmósfera y por la dispersión que otros rayos desvían hacia él; el balance entre estos cuatro procesos, sumado a lo largo de todo el camino del rayo, es lo que determina cuánta radiación llega finalmente a cada punto. La radiación atmosférica controla el balance energético de la Tierra y de su atmósfera, y ese balance empieza con la radiación solar, la radiación de onda corta que llega del Sol con longitudes de onda de entre dos décimas y cuatro micrómetros. Tanto la radiación solar de onda corta como la radiación de onda larga que emite la Tierra siguen, en el fondo, la misma descripción física a lo largo de cualquier rayo que atraviese la atmósfera: la ecuación de transferencia radiativa.
ID:3922
Grupo 4: Grupo 4: Reflexión y albedo planetario
Descripción
¿Qué fracción de la radiación solar retorna al espacio?
Pregunta clave: ¿Qué fracción de la radiación solar retorna al espacio?
Toda la radiación solar que ninguno de estos procesos absorbe ni deja llegar a la superficie, y que en cambio termina reflejándose de vuelta al espacio, es lo que se conoce como el albedo planetario. Antes de llegar a la superficie, esa radiación solar se topa con distintos obstáculos: el ozono absorbe parcialmente la parte ultravioleta de la radiación solar, y el vapor de agua absorbe parcialmente su parte de infrarrojo cercano. La radiación atmosférica controla el balance energético de la Tierra y de su atmósfera, y ese balance empieza con la radiación solar, la radiación de onda corta que llega del Sol con longitudes de onda de entre dos décimas y cuatro micrómetros. Así, desde la radiación solar que entra hasta la radiación de onda larga que la Tierra devuelve al espacio, pasando por el forzamiento radiativo que los gases de efecto invernadero le imponen a ese intercambio, la radiación atmosférica sigue siendo la que controla, en última instancia, el balance energético de la Tierra y de su atmósfera.
ID:3923
Grupo 5: Grupo 5: Emisión terrestre de onda larga
Descripción
¿Cómo emiten radiación la Tierra y la atmósfera según su temperatura?
Pregunta clave: ¿Cómo emiten radiación la Tierra y la atmósfera según su temperatura?
La otra mitad del balance energético de la Tierra es la radiación de onda larga, con longitudes de onda mucho más largas, de entre cuatro y cien micrómetros, que la propia Tierra y su atmósfera emiten de vuelta hacia el espacio según la ley de Stefan-Boltzmann: cuanto más caliente está un cuerpo, muchísima más radiación de onda larga emite, y esa relación crece mucho más rápido de lo que crece la propia temperatura. Así, desde la radiación solar que entra hasta la radiación de onda larga que la Tierra devuelve al espacio, pasando por el forzamiento radiativo que los gases de efecto invernadero le imponen a ese intercambio, la radiación atmosférica sigue siendo la que controla, en última instancia, el balance energético de la Tierra y de su atmósfera. Los gases de efecto invernadero —el vapor de agua, el dióxido de carbono, el ozono, el metano y el óxido nitroso— absorben esa radiación de onda larga y la reemiten en bandas específicas del infrarrojo, y cuantos más gases de efecto invernadero hay en la atmósfera, mayor es la opacidad atmosférica a esa radiación de onda larga; esa mayor opacidad atmosférica es, precisamente, lo que eleva la temperatura de la superficie por encima de la que tendría un planeta idéntico pero sin atmósfera. El forzamiento radiativo de cualquiera de estos gases de efecto invernadero mide, precisamente, cuánto cambia el flujo neto de radiación en la parte más alta de la atmósfera cuando cambia la concentración de ese gas: si la concentración de un gas de efecto invernadero aumenta, absorbe y reemite más radiación de onda larga, y ese cambio se refleja como un forzamiento radiativo que altera el balance energético de la Tierra con el que se abre esta descripción.
ID:3924
Grupo 6: Grupo 6: Efecto invernadero y forzamiento radiativo
Descripción
¿Cómo modifican los gases de efecto invernadero la opacidad, temperatura y flujo neto?
Pregunta clave: ¿Cómo modifican los gases de efecto invernadero la opacidad, temperatura y flujo neto?
El forzamiento radiativo de cualquiera de estos gases de efecto invernadero mide, precisamente, cuánto cambia el flujo neto de radiación en la parte más alta de la atmósfera cuando cambia la concentración de ese gas: si la concentración de un gas de efecto invernadero aumenta, absorbe y reemite más radiación de onda larga, y ese cambio se refleja como un forzamiento radiativo que altera el balance energético de la Tierra con el que se abre esta descripción. Los gases de efecto invernadero —el vapor de agua, el dióxido de carbono, el ozono, el metano y el óxido nitroso— absorben esa radiación de onda larga y la reemiten en bandas específicas del infrarrojo, y cuantos más gases de efecto invernadero hay en la atmósfera, mayor es la opacidad atmosférica a esa radiación de onda larga; esa mayor opacidad atmosférica es, precisamente, lo que eleva la temperatura de la superficie por encima de la que tendría un planeta idéntico pero sin atmósfera. Así, desde la radiación solar que entra hasta la radiación de onda larga que la Tierra devuelve al espacio, pasando por el forzamiento radiativo que los gases de efecto invernadero le imponen a ese intercambio, la radiación atmosférica sigue siendo la que controla, en última instancia, el balance energético de la Tierra y de su atmósfera. La otra mitad del balance energético de la Tierra es la radiación de onda larga, con longitudes de onda mucho más largas, de entre cuatro y cien micrómetros, que la propia Tierra y su atmósfera emiten de vuelta hacia el espacio según la ley de Stefan-Boltzmann: cuanto más caliente está un cuerpo, muchísima más radiación de onda larga emite, y esa relación crece mucho más rápido de lo que crece la propia temperatura.
ID:3925
Grupo 7: Grupo 7: Transferencia radiativa y modelización
Descripción
¿Cómo se integra absorción, dispersión y emisión a lo largo de un rayo y cómo se aproxima numéricamente?
Pregunta clave: ¿Cómo se integra absorción, dispersión y emisión a lo largo de un rayo y cómo se aproxima numéricamente?
Resolver esta ecuación de transferencia radiativa de forma exacta es demasiado costoso para repetirlo en cada punto de un modelo atmosférico, así que sus soluciones numéricas aproximadas son, en la práctica, el núcleo de todos los modelos de radiación que usan tanto los modelos de predicción numérica del tiempo como los modelos climáticos. Según esta ecuación, la intensidad de la radiación que viaja a lo largo de ese rayo se atenúa por la absorción y por la dispersión que la alejan del rayo, y al mismo tiempo se incrementa por la emisión propia de la atmósfera y por la dispersión que otros rayos desvían hacia él; el balance entre estos cuatro procesos, sumado a lo largo de todo el camino del rayo, es lo que determina cuánta radiación llega finalmente a cada punto. Tanto la radiación solar de onda corta como la radiación de onda larga que emite la Tierra siguen, en el fondo, la misma descripción física a lo largo de cualquier rayo que atraviese la atmósfera: la ecuación de transferencia radiativa. La radiación atmosférica controla el balance energético de la Tierra y de su atmósfera, y ese balance empieza con la radiación solar, la radiación de onda corta que llega del Sol con longitudes de onda de entre dos décimas y cuatro micrómetros.
ID:3926