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Modelo Matemático
Descripción
Modelo D3 - Flujos Superficiales y Balance Energético
Una vez estructurada la red semántica, se busca asociar cada objeto a una variable que permita su formulación matemática. Las relaciones entre variables —expresadas en la red semántica como vectores y asociaciones entre objetos— se traducen en ecuaciones que describen el comportamiento. Estas ecuaciones se buscan, en la mayor medida posible, basadas en primeros principios, y no en algoritmos ajustados numéricamente solo para reproducir comportamientos medidos. El resultado es la red lógica del modelo: el conjunto de variables, con sus unidades y rangos, y las ecuaciones que las relacionan.
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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: Covarianza de remolinos
La velocidad vertical del aire fluctúa por la turbulencia, al igual que la temperatura, la humedad específica y la concentración de CO₂. El método de covarianza de remolinos relaciona las fluctuaciones de velocidad vertical con cada una de esas fluctuaciones escalares mediante su covarianza, produciendo respectivamente flujos de calor sensible, calor latente y dióxido de carbono. La medición exige una resolución temporal de al menos 10 mediciones por segundo para resolver los remolinos. La interpretación supone que el flujo neto de calor o gas está dominado casi por completo por esos remolinos turbulentos. Los flujos resultantes alimentan la comparación entre ecosistemas y, para calor sensible y latente, el balance energético.
Grupo 2: Grupo 2: Comparación entre ecosistemas
Cientos de torres que aplican covarianza de remolinos forman una red mundial de estaciones. Cada torre entrega flujos turbulentos medidos en su ecosistema, y la integración de estaciones permite comparar esos flujos entre bosque tropical, pradera y cultivo agrícola. La red no introduce en el storyboard una ley funcional adicional: su mecanismo es de integración y comparación observacional. Los flujos de calor sensible, latente y CO₂ son las variables puente provenientes del grupo de covarianza.
Grupo 3: Grupo 3: Balance de energía superficial
La radiación neta recibida por la superficie constituye la energía disponible del balance. Esa energía se reparte entre calor latente, calor sensible y flujo de calor hacia el suelo, de modo que la suma de los tres debe coincidir en todo momento con la radiación neta que efectivamente llegó a la superficie. La relación es aditiva y actúa como restricción de cierre energético. Los flujos sensible y latente conectan este grupo con la covarianza de remolinos y con la razón de Bowen; el flujo hacia el suelo conecta con la conducción térmica.
Grupo 4: Grupo 4: Partición de Bowen y humedad
La razón de Bowen cuantifica la partición de energía entre calor sensible y calor latente. La humedad disponible en la superficie controla esa razón de forma monotónica: superficies secas presentan una razón alta y destinan casi toda la energía al calor sensible, mientras superficies húmedas presentan una razón baja y destinan mayor parte de la energía a evaporar agua como calor latente. El storyboard no entrega una forma funcional numérica entre humedad y razón de Bowen. La razón enlaza la condición hídrica superficial con los dos componentes turbulentos del balance energético.
Grupo 5: Grupo 5: Radiación neta y conducción del suelo
La temperatura de la superficie se mide con un termómetro infrarrojo y se convierte en un flujo de radiación de onda larga mediante la ley de Stefan-Boltzmann. Por otra parte, se miden temperaturas a distintas profundidades del suelo; sus diferencias espaciales determinan un gradiente de temperatura. Aplicando la ley de Fourier a ese gradiente se obtiene el flujo de calor conducido hacia el suelo. La radiación de onda larga contribuye a la determinación de la radiación neta que alimenta el balance, mientras el flujo conducido constituye directamente uno de sus tres destinos energéticos.
Grupo 6: Grupo 6: Cámaras de flujo de gases
Una cámara de flujo encierra herméticamente una porción de suelo y permite seguir la concentración de gases dentro del recinto. Para CO₂ y CH₄, la velocidad de cambio de concentración en el tiempo determina el flujo de gas desde la superficie hacia la cámara. El mecanismo es directo y distinto de la covarianza turbulenta, aunque ambos cuantifican intercambios gaseosos superficie-atmósfera. El volumen/geometría del recinto es parte física del procedimiento aunque el storyboard no proporciona valores ni una fórmula explícita de conversión. El resultado es un flujo medible de CO₂ o CH₄.
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