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Juan Pablo Arenas López Paulina Mesa Vanegas TALLER#1: RADIACIÓN NETA

La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas. Sin duda alguna en el sol se origina una asombrosa cantidad de energía, que al llegar a la atmósfera terrestre, una parte de la energía solar, la que corresponde a la radiación ultravioleta, es reflejada por la capa de ozono, mientras que solo una pequeña parte de ella de menor longitud de onda puede atravesarla. De esta radiación, una tercera parte de ella, aproximadamente, se devuelve al espacio: otra fracción es absorbida por el vapor de agua, CO2, etc; y por último, otra parte es difundida por las nubes y el polvo. De esta manera, la radiación en la superficie terrestre es la mitad de la que se registra en la alta atmósfera. En todos los puntos del planeta la energía solar no impacta de igual manera, la radiación en un punto de la tierra depende de condiciones ambientales, localización en el hemisferio norte o sur, la época del año en que se considere, el momento del día y otros factores que afectan la cantidad de energía solar que incide en el lugar. Pácora es un municipio situado en el norte del departamento de Caldas, sobre la cordillera central de Colombia. Limita al norte y al oriente con el municipio de Aguadas, al occidente con el municipio de Marmato y al sur con los municipios de Salamina y La Merced. Con una extensión total de 265,9 Km² (área urbana: 186,13 Km²; área rural: 79,77 Km²) , una temperatura media de 18ºC y ubicada a 1819 msnm. La radiación neta (Rn) es la diferencias entre la radiación solar entrante de onda corta (Rns)y la radiación terrestre de onda larga (Rnl) saliente en un lugar dado. Se realizaron los cálculos de radiación neta (Rn), con las condiciones del municipio de Pácora pero para diferentes tipos de superficies (bosque, pasto, plantación, área urbana y lago) con el fin de determinar la evaporación equivalente desde algunas superficies y conocer la energía disponible en este lugar para el desarrollo de los ecosistemas y agroecosistemas.

Punto 1. Tabla 1. cálculo de Rn para las cinco superficies

Juan Pablo Arenas López Paulina Mesa Vanegas Rn Bosque (α=0,1) 10,097 11,253 11,918 11,963 10,909 10,335 10,467 11,335 11,971 11,509 10,635 9,643

Rn Pasto (α=0,25) 6,213 7,165 7,702 7,764 6,874 6,403 6,510 7,237 7,774 7,405 6,681 5,847

Rn Plantación (α=0,14) 9,061 10,163 10,793 10,844 9,833 9,286 9,412 10,242 10,852 10,414 9,580 8,631

Rn Lago (α=0,05) 11,391 12,616 13,323 13,363 12,254 11,645 11,786 12,701 13,369 12,877 11,953 10,908

Rn Ciudad (α=0,15) 8,802 9,890 10,512 10,564 9,564 9,024 9,148 9,969 10,572 10,141 9,317 8,378

Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Gráfico 1. Radiación neta de las cinco superficies

el cálculo de la radiación neta permite hacer una idea de cuánta energía es utilizada en los diferentes procesos que ocurren en la superficie terrestre, por ejemplo en calentar o enfriar el suelo; en la Tabla y gráfico 1, se encontraron los valores de Rn para cinco superficies diferentes (bosque, pasto, plantación, lago y ciudad o área urbana), en los doce meses del año, bajo las condiciones del municipio de Pácora. Podemos observar valores mayores de Rn en superficies como el bosque y el lago, para hacernos una mejor idea sacamos un promedio de los valores de cada superficie para poder analizar cual presentaba un mayor valor de radiación neta, asi:

Juan Pablo Arenas López Paulina Mesa Vanegas Tabla 2. Promedio de Rn en cada superficie.

PROMEDIO

BOSQUE

PASTO

PLANTACIÓN

LAGO

CIUDAD

11,0029

6,9646

9,9259

12,3488

9,6568

el promedio se saca solo con el fin de observar cuál superficie presenta un valor medio mayor de radiación neta, y con la Tabla 2, ya se puede apreciar mejor cómo cambian los valores dependiendo de la superficie, que viene de la mano con el albedo que se usó en cada superficie expresado en la tabla 1. El albedo (α) es el porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación que incide sobre la misma. Las superficies claras tienen valores de albedo superiores a las oscuras, y las brillantes más que las mates. el albedo es muy importante a la hora de calcular la radiación neta ya que es el único valor que varía y gracias a él obtenemos diferencias entre las superficies. En la Tabla 2 podemos observar que en Lago y en el bosque los valores son más elevados que en las otras superficies. El lago es la superficie que mayor radiación neta presenta, su cálculo se realizó con un albedo del 5%, ya que las capas de agua (lago, ciénaga, estuario, marisma, pavimento húmedo…), no son buenas reflectoras de radiación, y por lo tanto sus valores de albedo son muy bajos; este hecho hace que el lago presente el valor de Rn más alto, y eso lo hace en este caso la superficie que más energía libre deja para realizar los procesos terrestres. También podemos analizar cómo el área urbana o la ciudad tiene mayor Rn que un pasto, y ya que todas las superficies estaban bajo las mismas condiciones del municipio de Pácora, entonces salen a resaltar otros aspectos, como por ejemplo el hecho de que un pasto es una superficie más pareja/neutra, mientras que en un área urbana es un conjunto de superficies donde podemos encontrar puntos claros, oscuros, brillantes o mates; también teniendo en cuenta que en un pasto, por ejemplo no se realiza el proceso de fotosíntesis de igual magnitud a comparación con un bosque o una plantación no necesita absorber tanta cantidad de radiación y por eso refleja más que estas superficies. En la tabla 1, la fila correspondiente al mes de septiembre se encuentra resaltada ya que en este mes se observa en todas las superficies el valor más alto de Radiación neta, por lo tanto se puede afirmar que este es el mes en que más energía se acumula para que sea utilizada en los procesos en los que se requiera.

Punto 2. Gráfica 2. Rn para bosque

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Utilizando una operación simple de variación porcentual, ¿¿ ( v 2−v 1 ) ¿ v 1¿∗100 ; podemos ver cómo incrementa o disminuye la Rn de forma intermensual, así: Tabla 3. Variación intermensual del Rn en Bosque PORCENTAJE ENERO-FEBRERO

11,5%

FEBRERO-MARZO

5,9%

MARZO-ABRIL

0,38%

ABRIL-MAYO

-8,81%

MAYO-JUNIO

-5,26%

JUNIO-JULIO

1,28%

JULIO-AGOSTO

8,29%

AGOSTO-SEPTIEMBRE

5,61%

SEPTIEMBRE-OCTUBRE

-3,86%

OCTUBRE-NOVIEMBRE

-7,59%

NOVIEMBRE-DICIEMBRE

-9,33%

Según la gráfica 2, septiembre es el mes en el que la radiación es más alta y diciembre donde es más baja, para el bosque. En la Tabla 3, se muestra la variación que hay de un mes con respecto al anterior; de aquí podemos observar que en febrero la radiación aumentó en un 11,5% con respecto a enero y este fue el porcentaje más alto, o sea, que entre enero-febrero fue donde más variabilidad hubo en la Rn; Así mismo, se puede decir que de en diciembre la Rn fue 9,33% más bajo con respecto a noviembre.

Juan Pablo Arenas López Paulina Mesa Vanegas El rango en que se encuentran distribuidos los valores para esta superficie están dados por la radiación neta de septiembre menos la de diciembre, así: 11,971 - 9,643 = 2,328 y cómo el rango no es muy grande podemos decir que los valores de Rn para el bosque no varían mucho de mes a mes. Punto 3. Tabla 4. Conversiones para Bosque Rn en cal Rn en w/M^2 241,310 117,121 268,952 130,537 284,828 138,243 285,923 138,775 260,721 126,542 247,004 119,885 250,162 121,418 270,906 131,486 286,100 138,860 275,059 133,501 254,173 123,364 230,468 111,859

Evapo equivalente 4,099 4,569 4,839 4,857 4,429 4,196 4,250 4,602 4,860 4,673 4,318 3,915

Precipitación 4,161 5,214 6,806 10,267 7,258 7,000 5,194 7,323 9,433 10,968 9,333 5,548

Diferencia 0,062 0,645 1,968 5,410 2,829 2,804 0,944 2,721 4,573 6,295 5,016 1,633

Gráficos 3. Conversiones del Rn a cal.cm²/día, W/m² y evaporación equivalente del bosque

Tabla 5. Conversiones para Pasto Rn en cal

Rn en w/m^2 Evap equivalente Precipitación

Diferencia

Juan Pablo Arenas López Paulina Mesa Vanegas 148,484 72,068 171,235 83,110 184,084 89,346 185,568 90,066 164,281 79,735 153,040 74,279 155,577 75,510 172,959 83,946 185,810 90,184 176,985 85,901 159,673 77,498 139,732 67,820

2,522 2,909 3,127 3,152 2,791 2,600 2,643 2,938 3,156 3,007 2,712 2,374

4,161 5,214 6,806 10,267 7,258 7,000 5,194 7,323 9,433 10,968 9,333 5,548

1,639 2,305 3,679 7,114 4,467 4,400 2,551 4,384 6,277 7,961 6,621 3,175

Gráficos 4. Conversiones del Rn a cal.cm²/día, W/m² y evaporación equivalente del pasto

Cómo se sabe la radiación neta es usada en muchos campos y es de gran importancia para conocer la energía disponible para el desarrollo de ecosistemas, por esta razón Pasar Rn de MJ m² día-¹ a otras unidades se hace con muchos fines, en este caso uno de los más importantes es tener la radiación neta en evaporación equivalente para más adelante poder comparar esta con otras medidas como la precipitación. Punto 4. Gráfico 5. comparación entre evaporación equivalente y precipitación para el Bosque

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la precipitación en Pácora-Caldas es muy diferente mes tras mes en comparación con la evaporación equivalente del bosque que ya se había calculado anteriormente y se analizó cómo ésta no variaba mucho. según el gráfico 5, el municipio presenta más precipitaciones en el mes de octubre y menos en el mes de enero, pero en todo el año la precipitación es notoriamente mayor que la evaporación equivalente. Se sabe que no necesariamente la evaporación debe ser igual o parecida a la precipitación, ya que esta última depende de muchos más factores que pueden intervenir y hacer que aumente. Por esta razón para bosque e incluso también para el pasto la precipitación fue más elevada. Gráfico 6. Comparación entre evaporación equivalente y precipitación para el pasto

La diferencia de evaporación equivalente entre las dos superficies es bastante significativa, y esto se debe principalmente a la diferencia en el albedo ya que en el pasto tiende a ser más alto. Y según los resultados se puede afirmar que al ser en el bosque donde la RN es más alta, entonces, es allí donde hay más energía disponible para realizar procesos con respecto al pasto. Conclusiones: La radiación neta es muy importante en muchas áreas especialmente para el cálculo de la evapotranspiración, y de esta forma poder saber la energía que hay disponible para realizar diversos procesos.

Juan Pablo Arenas López Paulina Mesa Vanegas La radiación neta total más alta en el año de las cinco superficies fue la de la ciudad con una Rn total de 148,187 MJ m²/día-¹ y el menor fue el pasto con 83,574 MJ m²/día¹; y el total de Radiación neta para las cinco superficies durante los doce meses con las condiciones de Pácora fue de 598,788 MJ m²/día-¹. Finalmente, el cálculo de la radiación neta depende directamente del albedo de la superficie, mientras más alto sea este más baja va a resultar la Rn y por ende se espera que la energía disponible en ese lugar/superficie sea menor. Con las condiciones de Pácora la Rn disponible total.

Bibliografía: ● ● ● ● ● ●

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Webgrafía: ● ●

http://bdigital.unal.edu.co/46014/1/9789587751024.pdf http://www.pacora-caldas.gov.co/index.shtml