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LA ATMÓSFERA

AGROCLIMA

CRISTIAN PLAZA_2007

Meteorología o Agro climatología Meteorología: Ciencia que estudia los fenómenos físicos que ocurren en la atmósfera y que tienen relación con el tiempo. Climatología: estudio de los fenómenos atmosféricos en un contexto de largo plazo para caracterizar el tiempo a través de las estaciones y poder clasificar las zonas climáticas. Agro climatología: aplicación del conocimiento climático y meteorológico al crecimiento vegetal para entender y predecir las respuestas vegetales frente a los cambios del tiempo. Clima y Tiempo atmosférico. Los conceptos de tiempo y clima, hacen referencia a escalas temporales diferentes. El tiempo se define como el estado de la atmósfera en un determinado momento. Se toma en cuenta la humedad, la temperatura y la presión, en un determinado lugar y momento. Como cada uno de los instantes son más o menos prolongados en el tiempo, y en extensión, se le denomina tipo de tiempo. Estos tipos de tiempo atmosférico cambian con el paso de las horas y los días; pero tienden a repetirse tipos de tiempo atmosférico similares en ciclos anuales y en las mismas fechas aproximadamente. A esa repetición anual de tipos de tiempo es a lo que llamamos clima. El clima es, pues, la sucesión de tipos de tiempo que tienden a repetirse con regularidad en ciclos anuales. El clima tiende a ser regular en períodos de tiempo muy largos, incluso geológicos, lo que permite el desarrollo de una determinada vegetación y un suelo equilibrado. Pero, en períodos de tiempo geológicos, el clima también cambia de forma natural, los tipos de tiempo se modifican y se pasa de un clima otro en la misma zona. Elementos o fenómenos atmosféricos

Radiación solar Presión Temperatura

Precipitaciones Vientos Humedad

Estos elementos no son dependientes entre si, mientras unos aumentan (temperatura) otros descienden (humedad), observados en un momento determinado, caracterizan el tiempo atmosférico y al medirlos durante años, sirven para clasificar el clima. Asimismo son los fenómenos que mas afectan el crecimiento vegetal, por su influencia en el proceso fisiológico vegetal (radiación solar y temperatura en la fotosíntesis, por ejemplo). No son los únicos fenómenos, sin embargo, los tornados y huracanes, arco iris, o los rayos y truenos, no tienen influencia en las plantas o no se producen a nuestras latitudes.

La atmósfera “El clima se origina y existe debido a la atmósfera”. Es una masa gaseosa que envuelve a la tierra y que por gravedad, se concentra en la superficie y gira con ella. La atmósfera es una delgada capa de gases de aproximadamente 100 km de espesor, muy dinámica e inestable. En ella tienen lugar todos los cambios del tiempo, y por lo tanto del clima.


Está constituida por una mezcla de gases que se concentran principalmente en las capas inferiores, entre los que se encuentran el Nitrógeno, el CO 2 y el Oxígeno, además de otros gases trazas, tales como el argón, helio, neón y ozono.

Componente

Símbolo

Volumen % (aire seco)

Nitrógeno Oxígeno Vapor de agua Argón Dióxido de carbono Neón Helio Ozono Hidrógeno Criptón Xenón Metano

N2 O2 H2O Ar CO 2 Ne He O3 H Kr Xe Me

78.08 20.94 4 0.93 0.03 0.0018 0.0005 0.00006 0.00005 Trazas Trazas Trazas

En la atmósfera también encontramos el vapor de agua e impurezas en forma de polvo. El vapor de agua es de gran importancia para la formación de nubes, pero también juega un papel fundamental en las variaciones de temperatura de un lugar a otro. El polvo suspendido en la atmósfera favorece los procesos de condensación del vapor de agua antes que se transforme en gotas y luego en lluvia. Estructura Vertical de la Atmósfera


La atmósfera se puede dividir en diferentes capas en función al comportamiento de la temperatura con la altura. Las clasificaciones son: *Tropósfera: Es la capa que se extiende desde la superficie terrestre hasta los 18 Km de altura en el ecuador, hasta los 13 Km en latitudes medias y a 8 Km sobre los polos. Es la capa donde se forman las nubes y procesos atmosféricos (Frentes, nubes, etc.). La temperatura del aire disminuye con la altura.

Ecuador TROPOSFERA

18 Km TIERRA

ESTRATOSFERA

Es en la troposfera donde se dan todos los fenómenos y los tipos de tiempo que definen el clima. En la troposfera es donde se encuentran la mayor parte de los gases y el vapor de agua de la atmósfera, y su turbulencia afecta directamente a la corteza terrestre modelando su relieve. En la troposfera es donde tienen lugar los cambios de tipo de tiempo que nos interesan, y más nos afectan. Se compone fundamentalmente de nitrógeno 78%, oxígeno 21% e hidrógeno 0.8%, así como de CO2 y otros gases menores, todos ellos en proporciones más o menos estables. También contiene vapor de agua, agua, polvo y núcleos higroscópicos en suspensión. * Estratósfera: Se extiende aproximadamente hasta los 50 Km de altura. La temperatura comienza a aumentar con la altura, fenómeno que se le atribuye a la presencia del ozono (oxígeno cuya molécula está compuesta de tres átomos). La concentración de este gas es máxima entre los 20 y 25 Km de altitud. Tanto la formación como la destrucción del ozono, se hace por reacciones fotoquímicas. La gran absorción de rayos ultravioletas que tiene lugar, explica la elevación considerable de la temperatura en estas capas. * Mesósfera: Es una capa en que la temperatura vuelve a disminuir con la altura, y se extiende hasta los 80Km, altitud a la que se observa un nuevo cambio en la forma de variar la temperatura con la altura. La densidad del aire en la mesosfera es mínima, pues allí la presión varía entre 1 mb y 0.01 mb. A pesar de su extensión, esta capa contiene solamente alrededor del 1% de la masa total de la atmósfera. * Termósfera o Ionósfera: En una capa en que la temperatura aumenta nuevamente con la altura. La influencia de partículas electrizadas juega un papel predominante, dando lugar a la presencia de capas ionizadas (capas de Heaviside), que tienen la propiedad de reflejar las ondas radio-eléctricas. Gracias a este fenómeno, ciertas estaciones emisoras `pueden ser recibidas en lugares donde, por causa de la curvatura de la Tierra, no serían directamente perceptibles. * Exósfera: Por encima de los 800 Km se alcanza la exosfera, que constituye la zona de transición entre nuestra atmósfera y el espacio interplanetario. En esta zona se encuentra el cinturón de radiación que descubrió Van Allen, cuya importancia es evidente en el estudio de los viajes por el espacio cósmico.


Importancia de la atmósfera para la vida en el Planeta

Radiación Solar Entrante 100 %

Albedo Terrestre 30% reflejado y disponible 4%

20

6%

Atmósfera

Tope de la Atmósfera

Nubes

19% absorbido por la atmósfera y

Superficie Terrestre

51% absorbido por la tierra

Es de vital importancia porque: * Regula la distribución de calor en la superficie terrestre * Durante el día, protege a la tierra de la fuerte radiación solar y filtra radiaciones nocivas * Si no existiera la atmósfera, la temperatura de la tierra aumentaría en 100°C por el día y -150°C en la noche. * Impide que se escape al espacio el calor emitido por el sol. Características Físicas de la Atmósfera La atmósfera se determina por tres características físicas: * Presión: Se define como la fuerza (o peso) que, en un determinado lugar y por unidad de superficie, ejerce la columna de aire que está encima de él. Como el aire es atraído hacia el suelo por gravedad, los objetos soportan una presión que se ejerce en todas direcciones. * Temperatura: Corresponde a la mayor o menor cantidad de calor que se transfiere a la atmósfera. La temperatura puede variar por la latitud, altitud y cercanía del mar. La temperatura del aire aumenta durante el día. El suelo absorbe una parte de la radiación solar y su temperatura sube; el aire, por contacto con el suelo caliente, se calienta hasta cierta altura por la acción combinada de la conducción y las corrientes de convección. Durante la noche, el suelo, que radia por sí mismo, pierde en parte el calor recibido, enfriándose; y la temperatura del aire, tras haber llegado a un cierto valor, disminuye de nuevo. La temperatura muestra una variación diaria, con un máximo en el curso de la tarde, entre las 14 y 16 horas, y un mínimo poco después de la salida del sol.


A

B

Figura 3A: Cuando el cielo está despejado, la intensa radiación del suelo hace bajar notablemente la temperatura (las fechas indican el flujo del calor). Figura 3B: Con cielo cubierto, la pérdida de calor por radiación del suelo es, en parte, devuelta hacia él por la nubosidad (efecto invernadero).

* Humedad o vapor de agua: El vapor de agua procede del agua existente en la tierra y en los mares, por medio de un constante estado de transformación denominado Ciclo Hidrológico. La presencia de agua en la atmósfera en forma de nubes, niebla, precipitaciones, condiciona el estado del tiempo. Se entiende por humedad la cantidad de vapor de agua contendida en una determinada porción de atmósfera. Puede expresarse directamente mediante el número de gramos de vapor contenidos en un metro cúbico de aire ambiente (humedad absoluta), o en un kilogramo de aire (humedad específica), o bien mediante la relación entre la cantidad contenida y la cantidad máxima de vapor que podría contener un determinado volumen de aire (humedad relativa). La humedad relativa es la relación, expresada en tantos por ciento, entre la cantidad de vapor de agua contenida en un determinado volumen de aire y la máxima cantidad que podría contener a la misma temperatura. Un humedad relativa del 60% significa que el aire contiene el 60% de vapor que podría contener si el aire estuviese saturado. La humedad relativa es la única que puede medirse mediante la lectura de las indicaciones del instrumento llamado higrómetro.

Variación de temperatura en la atmósfera En la atmósfera inferior la temperatura disminuye con la altura a una razón standard de 5.5ºC/Km, vale decir que si en superficie hay una temperatura de 20ºC, a una altura de 1 Km la temperatura será de 14.5º y a 2 Km de altura será de 9º C. De acuerdo a esto, la temperatura de 0º C se encontrará aproximadamente a 3.600 metros de altura. Sin embargo, en distintas regiones de la Tierra y bajo distintas condiciones meteorológicas y geomorfológicas, pueden existir variaciones de la temperatura con la altura muy distintas a ésta. Pueden existir capas atmosféricas en que la temperatura disminuya más que 6ºC/Km, lo que define condiciones inestables, bajo las cuales se forma nubosidad. También puede haber capas en que la temperatura disminuye a una tasa menor que la indicada, como también en que la temperatura se mantiene aproximadamente constante. También existen capas en que la temperatura aumenta a medida que se asciende, las que se denominan capas con Inversión Térmica.


Existe una clasificación de Estabilidad atmosférica, propuesta por Pasquill (1970) y definida por el Gradiente Vertical de Temperatura o razón de variación de la temperatura con la altura. De acuerdo a Pasquill, se definen 7 clases de estabilidad: CLASE A B C D E F G

DESCRIPCIÓN

VARIACION DE LA TEMPERATURA CON LA ALTURA Desciende más de 5,6ºC cada 1000 m.

Muy Inestable Medianamente inestable Ligeramente inestable Neutra Ligeramente estable Medianamente estable Muy estable

Desciende entre 5.1ºC y 5,6ºC cada 1000 m. Desciende entre 4.5ºC y 5ºC cada 1000 m. Desciende entre 1.5º y 4,4ºC cada 1000 m. Aumenta de 1,5ºC a 4,5ºC cada 1000 m. Aumenta entre 4.6ºC y 12ºC cada 1000 m. Aumenta mas de 12ºC cada 1000 m.

Aún para condiciones neutras y ligeramente estables, la temperatura disminuye con la altura pero a una tasa bastante menor que la Standard. Una capa atmosférica isotérmica en que la temperatura se mantiene constante con la altura es una capa ligeramente estable. La capa es estable cuando hay una inversión térmica y mayor será la estabilidad cuanto más intensa sean las condiciones de esa inversión. La estabilidad de las capas cercanas al suelo es fundamental para definir la capacidad que tenga la atmósfera de liberarse de los contaminantes que en ella se introduzcan. Si una fuente emite contaminantes dentro de una capa inestable, las corrientes verticales que se producen en esa atmósfera inestable dispersarán rápidamente esos contaminantes, llevándolos a niveles superiores donde serán posteriormente arrastrados por los vientos más intensos de esos niveles más altos. En cambio si la emisión de contaminantes se produce dentro de una capa con una intensa inversión térmica, no hay corrientes verticales y generalmente estas condiciones son acompañadas de vientos muy débiles, por lo que no hay elementos que dispersen esos contaminantes en sentido vertical ni horizontal. Las inversiones térmicas intensas cuando están localizadas en el nivel de las fuentes H (m) emisoras de contaminantes o 1500 sobre la superficie, son los escenarios más desfavorables por lo tanto para la dispersión de 1200 contaminantes. 900

Inversión térmica de Superficie radiativa: Se origina durante las noches por enfriamiento del suelo causado por una intensa pérdida radiativa de calor, lo que descender también la temperatura

Inversión de Superficie

o

600

Enfriamiento Nocturno

300

Calentamiento Tope Díurno

hace de la

Base

0

4

6

8

10 (ºC)

12

14

16


capa en contacto con él. Esto sucede principalmente durante noches despejadas con viento calma y cuando predomina en la región una masa de aire frío. Cuando la humedad atmosférica es suficientemente alta y el enfriamiento es intenso, se puede llegar a la saturación del aire, produciéndose nieblas. Se produce sobre la superficie en todos aquellos lugares que presentan una significativa oscilación térmica diaria (Diferencia entre la temperatura máxima y la mínima), alcanza su mayor grado en las primeras horas de la mañana, cuando se produce la temperatura mínima y alcanzan un espesor de algunas decenas de metros.

AGROCLIMA CRISTIAN PLAZA_2007

Fig 2.


02 Agroclima: Atmosfera