Radiacion Atmosferica

CAPITULO 1

Fundamentos de Radiación para Aplicaciones Atmosféricas

Este texto está diseñado para el estudio, comprensión y análisis cuantitativo de la radiación atmosférica, un campo en el que las interacciones de la radiación solar y terrestre con las moléculas, aerosoles y partículas de las nubes en atmósferas planetarias, así como con la superficie, se estudian a través de la teoría detransferencia radiativa y observaciones radiométricas hechas desde el suelo, el aire y el espacio. Este campo está estrechamente relacionado con la investigación de los efectos invernadero atmosférico resultantes de las perturbaciones externas de radiación en los sistemas climáticos y el desarrollo de metodologías para inferir los parámetros de la atmósfera y la superficie por medio de lateledetección. Comenzamos con una discusión de varios conceptos, definiciones y unidades que tengan relación con el campo de la radiación atmosférica. 1.1 1.1.1 CONCEPTOS, DEFINICIONES Y UNIDADES Espectro EM El proceso más importante responsable de la transferencia de energía en la atmósfera es la radiación electromagnética (EM). La radiación EM viaja en forma de onda, y todas las ondas EM viajan a lamisma velocidad, la velocidad de la luz. c=2.99793 ± 1 × 108 m s-1 en el vacío y casi la misma velocidad en el aire. La luz visible, los rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta, radiación infrarroja, las microondas, las señales de televisión y ondas de radio constituyen el espectro EM. La retina del ojo humano es sensible a las ondas EM con frecuencias entre 4.3×1014 vibraciones por segundo (usualmenteescrito como ciclos por segundo y abreviado cps.) y 7.5×1014 cps. Esta banda de frecuencias es llamada la región visible del espectro EM. El ojo, sin embargo, no responde las frecuencias de ondas electromagnéticas superiores a 7.5×1014 cps. Tales ondas, se extienden más allá del límite violeta del espectro, llamada luz ultravioleta. El ojo humano también no responde a ondas EM con frecuenciasinferiores a 4.3×1014 cps. Estas ondas, con frecuencias inferiores a la frecuencia más baja de la luz visible en el extremo rojo del espectro y mayor que 3 × 1012 cps, se llama luz infrarroja o radiación infrarroja. Más allá de la porción infrarroja del espectro están las microondas, las cuales cubren las frecuencias desde 3 × 1010 cps a 3 × 1012 cps. Las regiones espectrales más significantesasociadas con transferencia de energía radiativa en atmosferas planetarias se encuentran entre la luz ultravioleta y microondas. La región de los rayos X del espectro EM, consiste de ondas con frecuencias desde 3×1016 cps a 3×1018 cps, y es adyacente a la región ultravioleta del espectro. La región de rayos gamma del espectro tiene las frecuencias más altas en el espectro, por encima de 3×1019 cps. Lasondas de radio tienen las frecuencias más bajas en el espectro, extendiéndose por debajo de 3×105 cps.

Las ondas EM son generalmente descritas en términos de su longitud de onda más que su frecuencia. La siguiente formula general relaciona la frecuencia y la longitud de onda λ: (1.1.1) Donde c representa la velocidad de la luz en el vacío. Por convención se usa las unidades de micrómetros (µm;1 µm = 10-4 cm) para denotar las longitudes de onda de radiación desde el sol. Otras unidades, conocidas como nanómetros (nm; 1 nm = 10-7 cm = 10-3 µm) y angstroms (Å; 1 Å = 10-4 µm) también se usan frecuentemente, particularmente para la radiación ultravioleta. La ecuación (1.1.1) es válida para cualquier tipo de onda y no está restringida a ondas EM. Es costumbre utilizar el número de onda νpara describir las características de la radiación infrarroja. Es definido por: (1.1.2) Así, una longitud de onda de 10 micrómetros (µm) es igual a 1000 cm-1 número de onda. En la región de las microondas, sin embargo, la unidad de frecuencia es usada frecuentemente y es llamada gigahertz (GHz). Un GHz es igual a 109 cps. De aquí, 1 cm es equivalente a 30 GHz. La Figura 1.1 muestra el espectro EM...