2.- LA ATMOSFERA TERRESTRE Ambiental Física LA ATMÓSFERA TERRESTRE. Indice 2.- LA ATMOSFERA TERRESTRE Origen y composición de la atmósfera La atmósfera estándar Capa límite Presión Temperatura. La distribución vertical de temperaturas Ciclo diario de temperaturas Viento Precipitación Equipo docente: Alfonso Calera Belmonte Antonio J. Barbero

ORIGEN Y COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA Ambiental Física ORIGEN Y COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA INTERACCIÓN DE LA ATMÓSFERA Y LA SUPERFICIE DEL PLANETA Equipo docente: Alfonso Calera Belmonte Antonio J. Barbero Departamento de Física Aplicada UCLM

FORMACIÓN DE LA TIERRA Teoría de acreción de planetesimales Ambiental Física FORMACIÓN DE LA TIERRA Teoría de acreción de planetesimales Diferenciación de la estructura en función de la densidad Núcleo interno Sólido, radio  1200 km Núcleo externo Líquido, radio  3470 km Manto Radio  3470 km Corteza Espesor  8 - 70 km Adaptado de: http://zebu.uoregon.edu/internet/images/earthstruc.gif

FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA Ambiental Física FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA Formada originalmente por los gases emitidos por componentes volátiles internos y erupciones volcánicas. El Oxígeno se formó por mecanismos biológicos. Los gases fueron retenidos por la fuerza de gravedad. En las erupciones volcánicas actuales se observa que los volátiles más comunes son H2O (85%), CO2 (10%) y SO2 y compuestos de nitrógeno (resto). Baja proporción actual de H2O en la atmósfera Baja proporción actual de CO2 en la atmósfera La atmósfera actual Predominio del nitrógeno Presencia de otros componentes (pequeña concentración) Presencia de una importante fracción de O2 http://www.xtec.es/~rmolins1/solar/es/planeta02.htm Información adicional: http://faculty.weber.edu/bdattilo/shknbk/notes/atmsphrorgns.htm

ATMÓSFERA ESTÁNDAR Ambiental Física La temperatura del aire a 0 metros (nivel del mar) es de 15 ºC (288.15 K) La presión atmosférica a 0 metros es de 1013.25 hPa El aire es seco y se comporta como un gas perfecto La aceleración de la gravedad es constante e igual a 980.665 cm/s2 Desde el nivel del mar hasta los 11 km la temperatura decrece con la altura a razón de 6.5 ºC/km: T = 288.15 K -( 6.5 K/km)· H (H: altura en km) En este nivel la presión se estima mediante P = 1013.25 hPa ·(288.15 K/T)^-5.256 Desde los 11 a los 20 km la temperatura se mantiene constante e igual a 216.65 K En este nivel la presión se calcula como P = 226.32 hPa · exp(-0,1577·(H-11km)) Desde los 20 a los 32 km la temperatura aumenta: T = 216.65 K + (H-20 km) (H: altura en km) En este nivel la presión se calcula: P = 54.75 hPa · (216.65K/T)^34.16319

ATMÓSFERA ESTÁNDAR (2) Calculadora de atmósfera estándar Ambiental Física Desde los 32 a los 47 km la temperatura aumenta según la relación T = 228.65 K + (2.8 K/km)·(H-32 km) (H: altura en km) En este nivel la presión se calcula mediante P = 8.68 hPa · (228.65 K/T)^12.2011 Desde los 47 a los 51 km la temperatura se mantiene constante e igual a 270.65 K En este nivel la presión se calcula mediante P = 1.109 hPa · exp(-0,1262·(H-47km)) Resto de niveles superiores puede verse en las siguientes referencias: A. Naya (Meteorología Superior en Espasa-Calpe); y, R.B.Stull (Meteorology for Scientists and Engineers)). Fuente: J. Almorox, http://www.eda.etsia.upm.es/climatologia/Presion/atmosferaestandar.htm Calculadora de atmósfera estándar (hasta 86 km): http://www.digitaldutch.com/atmoscalc/

ATMÓSFERA ESTÁNDAR. PERFIL DE TEMPERATURAS Ambiental Física ATMÓSFERA ESTÁNDAR. PERFIL DE TEMPERATURAS 490 500 510 520 Exosfera La temperatura en la termosfera depende mucho de la actividad solar y puede variar entre 500 ºC y 1500 ºC. TERMOPAUSA TERMOPAUSA Altura 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Termosfera (km) Capa homogénea MESOPAUSA Mesosfera ESTRATOPAUSA Estratosfera TROPOPAUSA Troposfera -50 50 100 150 200 -100 500/1500 Temperatura (ºC) Gráfico elaborado según datos de http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/images/profile_jpg_image.html

LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA. TROPOSFERA Ambiental Física LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA. TROPOSFERA dT/dz  -7 K·km-1 80% masa, 100% vapor de agua Suceden todos los fenómenos meteorológicos: circulación general atmosférica, nubes, borrascas, ciclones 99.9% masa 99% resto 1% resto Termosfera Partículas cargadas (ionosfera) Partículas cargadas y no cargadas Colisiones muy poco frecuentes TROPOPAUSA ESTRATOPAUSA MESOPAUSA  10 - 12 km  50 km  80 km Mesosfera Muy seca, incremento concentración O3 Largos tiempos de permanencia de partículas Mezcla vertical muy reducida Estratosfera Troposfera

CAPA LIMITE PLANETARIA. LA CAPA DONDE INTERACTUAN LOS SERES VIVOS Ambiental Física La capa límite planetaria es la capa de la atmósfera (300 -3000 m de espesor) que interactúa con la superficie terrestre, y que es influenciada por los intercambios de energía y materia con dicha superficie Troposfera PBL (Planetary Boundary Layer, PBL, o Atmospheric Boundary Layer, ABL) Los intercambios de energía y materia están relacionados con las turbulencias  Es una capa de mezcla  Dilución de contaminantes 

CONCEPTO DE CAPA LÍMITE Ambiental Física CONCEPTO DE CAPA LÍMITE Turbulencia: vórtices y remolinos asociados a diversas causas La capa límite es la parte de la troposfera influida directamente por la superficie de la Tierra, y que responde a las fuerzas superficiales en una escala temporal de alrededor de una hora o menos. TROPOPAUSA 1 10 100 1000 10000 Altura (orden de magnitud, m) TROPOSFERA BASE DE LAS NUBES CAPA EXTERNA CAPA LÍMITE CAPA SUPERFICIAL Las fuerzas asociadas a la superficie de la Tierra incluyen fricción de arrastre, transferencia de calor, evaporación y transpiración, emisión de contaminantes y características del terreno que modifican el flujo. RUGOSIDADES SUPERFICIALES CAPA RUGOSA

ALTURA DE LA TROPOPAUSA Ambiental Física ALTURA DE LA TROPOPAUSA Factores que influyen en altura de tropopausa Estratosfera * Latitud En el ecuador se encuentra más elevada que en los polos * Estación del año Troposfera * Temperatura de la troposfera En condiciones ambientales de bajas temperaturas, la tropopausa desciende debido a que en estos casos la convección es menor. Gráfica elaborada con datos de condiciones medias anuales en http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap01/tropo.html Información adicional: Mapa de presiones en la tropopausa (valores medios entre 1983 y 1998) http://www.gfdl.noaa.gov/~tjr/TROPO/TROPO.html

Agua líquida condiciones ambientales 106 g/m3 Física ATMÓSFERA ESTÁNDAR. PERFIL DE PRESIONES 20 40 60 80 100 120 140 160 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 102 103 10 1 Altura (km) Presión (mb) Agua líquida condiciones ambientales 106 g/m3 Densidad (g/m3) Recorrido libre medio (m) Distancia promedio recorrida por una molécula antes de sufrir una colisión con otra. John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press Adaptado de CRC Handbook of Chemistry and Physics, 54th Edition. CRC Press (1973) Gráfica elaborada con datos procedentes de

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA EN FUNCION DE LA ALTURA Ambiental Física 1. Difusión debida a movimientos moleculares aleatorios Tiende a producir una atmósfera en la que el peso molecular medio de la mezcla de gases decrece con la altura, de forma que en los niveles superiores abundan los gases más ligeros: cada gas constituyente se comporta como si sólo él estuviese presente, y la densidad de cada gas decae exponencialmente con la altura, pero la altura de referencia H es distinta para cada gas, pues la densidad de los gases ligeros decae más lentamente que la de los gases de mayor masa molecular (M). Altura Mayor M, mayor B Menor M, menor B

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA EN FUNCION DE LA ALTURA (2) Ambiental Física 2. Mezcla por movimientos convectivos La convección tiende a homogeneizar la composición de la atmósfera. A niveles bajos el recorrido libre medio es tan pequeño que el tiempo necesario para separar componentes es mucho mayor que el que requieren las turbulencias para formar una mezcla homogénea. 20 40 60 80 100 120 140 160 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 102 103 10 1 m km Recorrido libre medio vs altura Por tanto a niveles bajos la atmósfera es un sistema cuyos componentes se encuentran muy bien mezclados. Límite: aproximadamente a 100 km Capa homogénea A partir de esta altura la mezcla por convección ya no es tan eficiente y se aprecian diferencias de composición en función de la altura.

ESCAPE DE GASES DE LA ATMÓSFERA Ambiental Física ESCAPE DE GASES DE LA ATMÓSFERA Velocidad más probable: Velocidad de escape: aquella velocidad para la cual la energía cinética de una partícula es suficiente para escapar al infinito desde el campo gravitatorio terrestre ( a una altura de 0 km, la velocidad de escape es alrededor de 11 kms-1) La temperatura a 500 km es de 600 ºC velocidad más probable  3 kms-1 Fracción de moléculas con velocidad igual a la de escape  10 -6  10 -84 Velocidad más probable Hidrógeno  3 kms-1 Oxígeno  0.8 kms-1 Escape de gases ligeros a lo largo de las eras geológicas

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA Ambiental Física COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA Componentes mayoritarios aire seco COMPOSICIÓN POR DEBAJO DE 100 km (porcentajes) Componentes mayoritarios aire seco (% masa) Vapor de agua (altamente variable): Hasta 4% (volumen) Adaptado de John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA (2) Ambiental Física COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA (2) Componentes minoritarios (partes por millón en moléculas) Ozono: 0-12 ppm

FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: H2O Ambiental Física FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: H2O Baja proporción actual de H2O en la atmósfera 10 20 30 º C 40 mb T P Condiciones ambientales  23 mb Los ejes NO están a escala PC TC T3= 0.01 C = 273.16 K P3= 0.006112 bar 1 atm P3 100 C TC = 374.15 C = 647.30 K T3 PC = 221.20 bar

FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: CO2 Ambiental Física FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: CO2 Baja proporción actual de CO2 Estimación del contenido en carbono de la corteza terrestre (unidades arbitrarias) Procesos geológicos y biológicos Biosfera marina 1 Almacenamiento de carbono: * Rocas, sales, combustibles fósiles * Atmósfera (CO2 libre) y océano (CO2 disuelto) * Biosfera Biosfera terrestre 1 Atmósfera (CO2) 70 Océano (CO2 disuelto) 4000 Combustibles fósiles 800 Sales 800000 Carbonatos 2000000 Presencia de oxígeno en la corteza terrestre: * Sales de hierro, carbonatos y bicarbonatos Fuente: John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press. Tomado de P K Weyl, Oceanography. John Wiley & Sons, NY, 1970 Carbonatos: formados mediante reacciones de intercambio iónico (seres vivos) H2O + CO2  H2CO3 H2CO3 + Ca++  CaCO3 + 2H +

ACTIVIDAD HUMANA y CO2 ATMOSFÉRICO Ambiental Física ACTIVIDAD HUMANA y CO2 ATMOSFÉRICO 335 330 325 320 315 Concentración CO2 (ppm) 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 Año Datos del observatorio de Mauna Loa (Hawaii). Adaptado de John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Incrementos de concentración desde 1750 29% 1750 280 ppm Actual 360 ppm Datos basados en http://zebu.uoregon.edu/1998/es202/l13.html Más información sobre ciclo del carbono: http://www.hamburger-bildungsserver.de/welcome.phtml?unten=/klima/klimawandel/carbondioxid/concentration.html

NITRÓGENO Y COMPONENTES MINORITARIOS Ambiental Física NITRÓGENO Y COMPONENTES MINORITARIOS Predominio atmosférico del N2 El contenido original ha sido poco alterado a causa de su baja reactividad Fijado alrededor del 20% en forma de nitratos (actividad biológica) Otros componentes de la atmósfera Lluvia ácida AZUFRE: Inyectado en atmósfera por erupciones volcánicas en forma de sulfuro Sulfatos en la corteza GASES NOBLES: He, Ar Procedentes de desintegraciones radiactivas

EL OXÍGENO * FUENTES DEL OXÍGENO ATMOSFÉRICO Disociación del agua (UV) Ambiental Física EL OXÍGENO LA PRESENCIA DE O2 EN LA ATMÓSFERA ESTÁ LIGADA A LOS PROCESOS BIOLÓGICOS FUENTES DEL OXÍGENO ATMOSFÉRICO Disociación del agua (UV) 2H2O  2H2 + O2 Fotosíntesis (luz visible) H2O + CO2  {CH2O} + O2 VIDA MARINA VIDA EN TIERRA FIRME Mayor liberación O2  4108 años Primeros organismos (ambiente reductor?) *  4109 años Algas unicelulares liberación O2  2-3109 años Producción O3 Reducción de UV en superficie * Véase experimento de Miller en http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo9/4.html

PRESIÓN, TEMPERATURA, VIENTO Y PRECIPITACIÓN Ambiental Física PRESIÓN, TEMPERATURA, VIENTO Y PRECIPITACIÓN

PRESIÓN. Concepto y unidades Ambiental Física PRESIÓN. Concepto y unidades Presión, p: magnitud física que expresa la acción de un gas sobre la superficie de un sólido o líquido y es el cociente entre la fuerza normal a la superficie y el área de la superficie sobre la que se ejerce. Algunos conceptos Presión absoluta = Presión atmosférica local + Presión manométrica Unidades en el SI: p [Pa = N/m2] ; Pa, Pascal; kilopascal [kPa] 1 kPa = 103 Pa bar 1 bar = 100 kPa milibar (mbar) 1 mbar = 0.1 kPa metro de columna de agua (m.c.a.) 1 m.c.a. = 0.9807 kPa atmósfera (atm) 1 atm = 101.325 kPa milímetros de mercurio (mmHg) 1 mmHg = 0.1333kPa kg/cm2 1 kg/cm2 = 98.07 kPa

ALGUNAS MAGNITUDES FÍSICAS QUE DESCRIBEN EL ESTADO DE LA ATMÓSFERA (2) Ambiental Física Presión P  Magnitud física que expresa la acción de un fluido sobre la superficie de un sólido o líquido y es el cociente entre la fuerza normal a la superficie y el área de la superficie sobre la que se ejerce. Unidad SI Pascal Se define el pascal como la presión ejercida por una fuerza de 1 N sobre 1 m2. Otras unidades 1 bar = 100 kPa 1 mb = 0.1 kPa metro de columna de agua (m.c.a.) 1 m.c.a. = 0.9807 kPa 1 atm = 101.325 kPa 1 mmHg (1 torr) = 0.1333kPa 1 kg/cm2 = 98.07 kPa Conversor de presión: http://www.lenntech.com/espanol/Calculadoras/presión.htm

Ambiental Física PRESIÓN ATMOSFÉRICA Debida al peso de la columna de aire que se encuentra por encima de un lugar A B z Variación vertical >> variación horizontal Por debajo de 100 km, para una altura dada, la presión está prácticamente siempre dentro de un intervalo de un 30% de un valor estándar.

Ambiental Física PRESIÓN Su variación con la altura en la atmósfera terrestre Ecuación de la estática de los fluidos: (p+dp)dS pdS ρ g dS dz dz z dp = - ρ g dz La presión, p,[Pa] disminuye con la altura a un ritmo que depende del valor de la densidad ρ [kg m-3] y de la aceleración de la gravedad, g [m s-2], que a su vez varían con la altura, z [m]. Variación de la presión con la altura Presión a nivel de mar (altura cero) : 1 atm= 101.325 kPa (Atmósfera estándar) Presión atmosférica a diferentes alturas Ecuación válida para la troposfera p [kPa]; z [m]

PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2) Ambiental Física PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2) Deducción de la ecuación de variación de la presión con la altura Combinando ec. de estado de gases ideales con la ec. de de la hidrostática y asumiendo una disminución lineal de la temperatura con la altura T = To – α z z

Ambiental Física PRESIÓN Su variación con la altura en la atmósfera terrestre Ecuación de la estática de los fluidos: (p+dp)dS pdS ρ g dS dz dz z dp = - ρ g dz La presión, p,[Pa] disminuye con la altura a un ritmo que depende del valor de la densidad ρ [kg m-3] y de la aceleración de la gravedad, g [m s-2], que a su vez varían con la altura, z [m]. Presión a nivel de mar (altura cero) : 1 atm= 101.325 kPa (Atmósfera estándar) Presión atmosférica a diferentes alturas Ecuación válida para la troposfera p [kPa]; z [m]

El aire tiende a desplazarse CONTRA el gradiente de presión Ambiental Física VIENTO Aire en movimiento. Flujo de aire relacionado, entre otros factores, con diferencias de presión Gradientes de presión   + Magnitud escalar DIRECCIÓN DEL GRADIENTE: LA DE MÁXIMA VARIACIÓN DE LA PROPIEDAD ESCALAR Escalar  1016 1020 El aire tiende a desplazarse CONTRA el gradiente de presión 1024 Posición -grad P ... pero falta considerar la rotación de la Tierra!

EFECTOS DE LA ROTACIÓN DE LA TIERRA Ambiental Física EFECTOS DE LA ROTACIÓN DE LA TIERRA Polo Norte Aceleración medida en sistema en reposo Aceleración medida en sistema en rotación Coriolis Centrípeta Trayectoria en un sistema de referencia inercial Trayectoria en un sistema de referencia acelerado

N S DESVIACIÓN DE CORIOLIS Visto sobre la superficie HEMISFERIO NORTE Ambiental Física DESVIACIÓN DE CORIOLIS Visto sobre la superficie Sentido del movimiento Desviación de Coriolis HEMISFERIO NORTE N Desviación a la derecha respecto al sentido del movimiento HEMISFERIO SUR Desviación de Coriolis Sentido del movimiento S Desviación a la izquierda respecto al sentido del movimiento

Ambiental Física VIENTO GEOSTRÓFICO 1016 1020 1024 Fuerza gradiente de presión -grad P Fuerza Coriolis Dirección del viento Viento geostrófico: resultante del equilibrio entre el gradiente de presión y la aceleración de Coriolis. Fluye PARALELO a las isobaras Hemisferio norte: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su derecha las áreas de alta presión: sentido horario alrededor de los anticiclones Hemisferio sur: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su izquierda las áreas de alta presión: sentido antihorario alrededor de los anticiclones

ANTICICLONES Y BORRASCAS Ambiental Física ANTICICLONES Y BORRASCAS Hemisferio Norte: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la derecha B En los anticiclones los vientos giran en sentido horario En las borrascas los vientos giran en sentido antihorario A Hemisferio Sur: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la izquierda En los anticiclones los vientos giran en sentido antihorario A B En las borrascas los vientos giran en sentido horario

CIRCULACIÓN GENERAL ATMOSFÉRICA Ambiental Física CIRCULACIÓN GENERAL ATMOSFÉRICA 1 Célula polar 2 Célula de Ferrell 3 Célula de Hadley Modelo simple 1 Vientos polares del este B 2 Vientos del oeste A 3 Alisios del noreste B Convergencia Intertropical Alisios del sureste A Aire descendente en los polos fríos y ascendente en las latitudes ecuatoriales cálidas Vientos del oeste B Vientos polares del este NO TIENE EN CUENTA LA ROTACIÓN DE LA TIERRA Esquema de circulación atmosférica basado en http://www.newmediastudio.org/DataDiscovery/Hurr_ED_Center/Easterly_Waves/Trade_Winds/Trade_Winds.html

VIENTOS DEL OESTE CERCA DE REGIONES POLARES Ambiental Física VIENTOS DEL OESTE CERCA DE REGIONES POLARES Círculo Polar Ártico Círculo Polar Antártico ÁRTICO ANTÁRTICO Relación con el agujero de ozono sobre la Antártida

VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (CAPA LÍMITE) Ambiental Física VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (CAPA LÍMITE) El viento se caracteriza por su dirección (desde la cual sopla) y velocidad (magnitud vectorial,tres dimensiones). Normalmente se expresa en m/s. Los equipos que miden la velocidad del viento se llaman anemómetros La fricción con la superficie terrestre hace que las capas más cercanas a la superficie circulan más lentas, generando un efecto de corte (cizalla) sobre la superficie (vegetación, suelo,…). La fricción es un proceso en el que interviene el viento y las características de la superficie a través de la capa límite La fricción del aire con la superficie es uno de los mecanismos que generan turbulencia (turbulencia mecánica), esto es remolinos, que transportan calor, vapor de agua, CO2 y cantidad de movimiento.

VARIACIÓN DIARIA DE LA CAPA LÍMITE Ambiental Física VARIACIÓN DIARIA DE LA CAPA LÍMITE Mezclado capa límite Incremento continuo espesor capa límite Puesta de Sol Calentamiento superficial Salida del Sol Valores típicos al final de la tarde  1 km (0.2 km - 5 km) Reducción o desaparición turbulencias Reducción espesor capa límite Comienzo noche Valores típicos  100 m (20 m - 500 m) Enfriamiento del suelo El viento, la temperatura y demás propiedades de la capa límite sufren variaciones diarias menos acusadas sobre superficies extensas de agua (océanos y grandes lagos) debido a la mayor capacidad calorífica de la capa de mezcla sobre tales superficies. 1 km (0.2 km-5 km) 100 m (20 m - 500 m)

VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (2) Ambiental Física VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (2) Perfil de velocidades La velocidad del viento depende de la altura sobre el suelo El perfil de velocidades es logarítmico. Debe especificarse la altura a la que se sitúen los anemómetros sobre el suelo: en agrometeorología la altura estándar es de 2 m. Una superficie especial: una superficie de gramíneas homogénea (cesped, por ejemplo). Encima de esta superficie el perfil de velocidades es u2 velocidad del viento a una altura de 2 m (m/s) uz velocidad del viento a la altura z (m/s) z altura sobre la superficie del suelo (m)

EN LA ATMÓSFERA ESTÁNDAR Ambiental Física TEMPERATURA Temperatura T  Es la magnitud física que tiene el mismo valor en dos cuerpos que se hallan en equilibrio térmico (ausencia de transferencia neta entre ellos de energía en forma de calor). La temperatura se mide con termómetros. Unidad SI Kelvin (K) Se define el Kelvin como la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua Grado centígrado (ºC) K = ºC + 273.15 CASOS ESPECIALES Temperatura del aire: perfil vertical PROCESOS ADIABÁTICOS AIRE SECO La variación de la temperatura del aire con la altura en la atmósfera es el gradiente vertical de temperaturas (air lapse rate). EN LA ATMÓSFERA ESTÁNDAR Conversor de temperaturas: http://www.lenntech.com/espanol/Calculadoras/temperatura.htm

TEMPERATURA DEL AIRE CERCA DE LA SUPERFICIE Ambiental Física TEMPERATURA DEL AIRE CERCA DE LA SUPERFICIE Existe un ciclo diario de temperaturas Temperatura media diaria Tm Temperatura máxima Tmax y mínima Tmin Tmax Tmax mediodía mediodía Día de verano Día de invierno Tmin Tmin El momento en que se alcanza la temperatura máxima diaria está desfasado respecto al medidodía solar

CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS Ambiental Física CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS DEPENDENCIA CON LA ALTURA SOBRE EL SUELO Y LA PROFUNDIDAD Altura 15 cm 30 cm 60 cm 1.20 m 10.0 m 2.40 m -2 cm -5 cm -15 cm 05:00 08:00 18:00 10:00 15:00 12:00 Consecuencia de efectos de mezclado en la capa límite 30 35 40 45 50 T (ºC) Perfiles en verano (datos: media meses julio y agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía Física)

Temperatura y desarrollo biológico Ambiental Física Temperatura y desarrollo biológico El desarrollo de los organismos vivos está relacionado con la temperatura. Las hipótesis más usuales son: El ritmo de desarrollo es proporcional a la temperatura  El desarrollo ocurre cuando se supera una temperatura umbral o temperatura base, Tb, que depende de cada organismo. Para temperaturas por debajo de Tb se detiene el desarrollo.  La temperatura no supera el valor para el que se produce el máximo crecimiento, Tm. Temperaturas superiores a Tm podrían inhibir o detener completamente el crecimiento.  Tiempo térmico (grados-día, grados-hora,…) [tiempo fisiológico] Si se combina la temperatura y el tiempo durante el cual el organismo está expuesto a dicha temperatura se puede encontrar una escala en la cual el ritmo de desarrollo es constante.

CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS. Grados día Ambiental Física CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS. Grados día Tiempo térmico (Grados-día, grados-hora,…) Δτ = (Ti – Tb) Δt para Ti > Tb, en otro caso Δτ =0 Δτ tiempo térmico [grados-día, grados-hora,…dependiendo del intervalo temporal considerado] Ti temperatura media en el intervalo temporal considerado Tb temperatura umbral por debajo de la cual se interrumpe el crecimiento Δt intervalo temporal considerado [día, hora,…] Para el caso específico de intervalo diario, Δt = 1 día Si > Tb Δτ [grados-día]

Temperatura y desarrollo biológico (3) Ambiental Física Temperatura y desarrollo biológico (3) Un cultivo tiene una temperatura base de 11ºC y requiere de un tiempo térmico de 40 grados-día para su emergencia. ¿Qué día germinará si ha sido plantado el día 188?. Usar los datos de la tabla. EJEMPLO Periodo diario, usamos: Día Tmax Tmin Ti Ti -Tb  PRIMER VALOR > 40 ºC·DÍA Día de germinación del cultivo

EL AGUA EN LA TIERRA, HIDROSFERA, EL AGUA EN LA ATMÓSFERA PRECIPITACIÖN Ambiental Física Contenido de vapor de agua en la atmósfera Limitada capacidad de retener agua en estado vapor Saturación y condensación. Nubes http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo11/3.html Precipitación y formación de océanos Hidrosfera Interdependencia del sistema atmósfera / hidrosfera

FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Hidrosfera. Ambiental Física FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Hidrosfera. Masa 1.36·1021 kg Océano 97% Hielo 2.4% Otros 0.6% Océanos Hielo 97 % 2,4 % Subsuelo 0,6 % Ríos y lagos 0,02 % Atmósfera 0,001 % Subsuelo 97% Ríos y lagos 3,3% Atmósfera 1,7% Contenido actual de la hidrosfera: dos órdenes de magnitud INFERIOR al agua inyectada en ella Déficit * Filtraciones en puntos de subducción * Fotodisociación UV

FILTRACIONES DE AGUA HACIA EL MANTO Ambiental Física FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Hidrosfera (2). FILTRACIONES DE AGUA HACIA EL MANTO Zona de subducción Océano Filtraciones hacia el manto Corteza oceánica Corteza continental Manto superior

FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Fotodisociación agua Ambiental Física FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA. Fotodisociación agua Molécula de agua Fotodisociación H Alta atmósfera, condiciones de baja presión O Fotones de alta energía H O H O H O H 104º Producción de radicales, recombinación formando especies nuevas. En especial el hidrógeno tiende a escapar.

CICLO DEL AGUA Atmósfera Precipitación Evaporación y transpiración Ambiental Física CICLO DEL AGUA BALANCE ATMÓSFERA Atmósfera 99·1012 m3/año Precipitación 13·1012 m3 Evaporación 361·1012 m3/año Precipitación 324·1012 m3/año Evaporación y transpiración 62·1012 m3/año Tierras 361·1012 m3/año 62·1012 m3/año 33.6·1015 m3 423·1012 m3/año 37·1012 m3/año Aguas superficiales y subterráneas Océanos 324·1012 m3/año 99·1012 m3/año 423·1012 m3/año 1350·1015 m3 Basado en http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/hyd/bdgt.rxml

Ambiental Física CICLO HIDROLÓGICO Britannica,2004

PRECIPITACIÓN LLUVIA Interceptada por Evaporada en la vegetación Ambiental Física PRECIPITACIÓN LLUVIA Caída en la superficie Evaporada en la atmósfera Interceptada por la vegetación Drenada hacia el suelo Almacenamiento y evaporación Corrientes superficiales Estancadas y evaporadas Infiltrada en suelo Percolación profunda Retenida en suelo Crecimiento vegetación No usada Almacenamiento subterráneo

PRECIPITACIÓN. SU MEDIDA Ambiental Física PRECIPITACIÓN. SU MEDIDA 1 m 1 m2 1 mm PLUVIÓMETRO 1 litro Los pluviómetros lectura directa tienen un recipiente y un embudo. Cada 12 horas se vacía el recipiente en una probeta graduada con una sección diez veces menor que la de recepción, con lo que es posible establecer una relación entre la altura en la probeta y la precipitación en milímetros por metro cuadrado. PRECIPITACIÓN EN MILÍMETROS = LITROS / m2

Coordenadas: 39-00-25N 1-57-08W Altitud: 704m Ambiental Física PRECIPITACIÓN. EJEMPLO ALBACETE/LOS LLANOS Coordenadas: 39-00-25N 1-57-08W Altitud: 704m Datos de precipitación (mm) ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC AÑO 1940-1960 26 25 32 38 50 28 8 18 35 47 22 28 357 1961-1990 24 26 30 52 41 38 9 13 25 40 39 30 366 1991-2000 19 28 22 28 47 35 13 11 49 39 28 34 354 2001 29 14 18 17 62 0 0 0 25 37 37 28 267 2002 13 2 31 65 51 63 0 24 28 38 33 26 374 http://www.sao-albacete.org/tablaP8175.html

MEDIAS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN. ALBACETE/LOS LLANOS Ambiental Física MEDIAS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN. ALBACETE/LOS LLANOS 1940-1960 1961-1990 1991-2000 Fuente: datos en http://www.sao-albacete.org/tablaP8175.html

Fotosíntesis Respiración Precipitación Radiación Solar Viento CO2 O2 Fotosíntesis Respiración Intercepción Infiltración Goteo desde la vegetación Suelo:Agua disponible, nutrientes Planta Atmósfera Evaporación Transpiración Percolación Nivel freático Zona no saturada Zona saturada Recarga y flujo subterráneo Ascenso capilar Franja capilar Escorrentía Flujos de agua y de … en la superficie terrestre

BIBLIOGRAFÍA y DOCUMENTACIÓN Ambiental Física BIBLIOGRAFÍA y DOCUMENTACIÓN Libros (inglés) S. Pal Arya, Introduction to Micrometeorology, 2th Edition. University Press. Roland B. Stull, An Introduction to Boundary Layer Meteorology, Kluwer Academic Publishers John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press Revisión general sobre características de la atmósfera (muy completo; idioma inglés) http://ceos.cnes.fr:8100/cdrom-98/ceos1/science/dg/dgcon.htm La atmósfera en capítulo 3 y ciclos de los elementos en capítulo 4. http://www.esi.unav.es/asignaturas/ecologia/Hipertexto/00General/IndiceGral.html Discusión sobre el origen del oxígeno atmosférico: http://matap.dmae.upm.es/Astrobiologia/Curso_online_UPC/capitulo11/10.html Sobre CO2 en la atmósfera (idioma inglés): http://www.iitap.iastate.edu/gccourse/chem/gases/gases_lecture_es.html Sobre aceleración de Coriolis (idioma inglés) http://zebu.uoregon.edu/~js/glossary/coriolis_effect.html http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/fw/crls.rxml Sobre anticiclones y borrascas http://vppx134.vp.ehu.es/met/html/diccio/anticicl.htm http://vppx134.vp.ehu.es/met/html/diccio/borrasca.htm