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1. METEOROLOGÍA y CLIMATOLOGIA
AMBIENTAL

2. LA ENERGÍA DEL SOL
 A la definición de energía de Thomas Young*, como la
capacidad de hacer un trabajo, siguió la primera ley (conservación
de la energía) de Helmholtz. Al descubrirse la radiación, Einstein
demostró que materia y energía son intercambiables. La
primera ley también explicó el origen de la energía, aparentemente
inagotable, del Sol. Al conocerse que un gramo de materia
convertido en energía equivale a 1.850 toneladas de
gasolina, fue fácil explicar la luz y el calor de las estrellas.
 En el Sol, la fusión de dos átomos de hidrógeno en un átomo de
helio convierte en energía la masa sobrante a razón de 4'600.000
toneladas por segundo. El resultado es una radiación
permanente de ondas electromagnéticas, entre ellas la
luz y el calor.
 En la Tierra recibimos una pequeña parte de esta radiación,
pero es más que suficiente para todos los procesos que se llevan a
cabo en el planeta.

3. ENERGÍA DE SERES VIVIENTES
 La energía no se crea ni se destruye, pero se transforma. Este
proceso no es solo aplicable a los fenómenos físicos que
observamos, sino también al proceso de la vida.
 Definir la vida es encontrar el elemento que permite a los seres
vivientes –no los inanimados-- actuar espontáneamente. Este
movimiento y la capacidad de hacer un trabajo de los seres
vivientes escapaba a las leyes de la física. Esta fuerza vital
tenía origen desconocido en el ser viviente; hasta siglo XVIII.
 El concepto de la energía intercambiable y su conservación,
resultó necesario incluir a los seres vivientes. Si la energía no se
crea ni se destruye, el hombre que tira una piedra ha
recibido la energía necesaria del sistema en el que
vive.
 La integración de los seres vivientes al sistema cambió
radicalmente nuestra visión del Universo. El movimiento de los
seres vivientes requería de una explicación
termodinámica. Había que encontrar cuál era el proceso de

4. ENERGÍA NO RECUPERABLE
 El año 200 Galeno observó la similitud entre la combustión
y la respiración. 1.500 años después los químicos lo
relacionaron con la liberación de energía por combustión. Mientras
tanto los físicos habían definido el concepto de energía, y habían
integrado a los seres vivientes al sistema.
 A inicios del siglo XIX, nuevos equipos permitieron cuantificar la
energía y se estableció la unidad para medirla (la caloría).
 En 1824 el francés Nicolás Sadi Carnot publicó "El poder motriz
del fuego", que explicaba el proceso de conversión de una forma
de energía a otra, siempre con una fracción irrecuperable. La
energía no se destruye, pero una fracción se pierde al
no poder ser utilizada.
 En 1850 el físico alemán Rudolph Clausius postuló la segunda ley
de termodinámica que establece que todos los procesos
energéticos tienden a igualar temperaturas, perdiendo
constantemente energía al convertirla en calor irrecuperable.
Clausius llamó a esta pérdida entropía

5. LA VIDA TERMODINÁMICA
 Mientras tanto los químicos descifraron las reacciones
de la combustión. En 1781 Cavendish, uniendo
hidrógeno y oxígeno, produjo calor y agua.
Lavoisier descubrió que la respiración es una
reacción química que combina carbono con
oxígeno, produciendo anhídrido carbónico
(CO2) y agua: los mismos resultados que produce la
combustión del carbón o de la madera. Por el camino
de la química se llegó a la similitud energética entre los
organismos vivos y los inertes. Esto permitió definir la
vida en términos químicos y físicos, y los seres
vivientes pasaron a formar parte del sistema
gobernado por las leyes de la termodinámica.

6.  Los procesos físicos, químicos y biológicos en el sistema
tierra-atmósfera, del 100% de energía que la tierra
necesita para llevarlos a cabo, el Sol es fuente del
99.97%, el 0.03% restante proviene de los
planetas, estrellas, la luna, etc.
 La energía que llega a la tierra es transformada en
energía calorífica y/o en energía química. En energía
calorífica lo realizan todos los medios o cuerpos que
absorben RS; esta es responsable de los
procesos de evaporación, transpiración, de
gradación de las rocas, movimiento del aire, etc.
Por otro lado, también, es utilizada en calentadores
solares, cocinas solares, generación de corriente
eléctrica, etc. La transformación de energía química lo
realizan las plantas en el proceso fotoquímico de la

7.  La importancia del estudio de la RS para la
agricultura radica en que las plantas son
los únicos seres vivos que pueden
aprovechar esta energía a través de la
fotosíntesis. Además los cambios regulares
en las distancias relativas tierra sol y los
ángulos de incidencia sobre esta actúan
como factor determinante de variaciones de
las T° atmosféricas en puntos fijos del globo,
que a su vez influyen en las variaciones de
presión, sistemas de viento, precipitación,
corrientes marinas, etc.

10. LEYES DE RADIACIÓN.
1. Los objetos que son buenos absorbedores de
radiación son también buenos emisores. Este es
un principio importante para comprender el
calentamiento en la atmósfera, porque sus gases son
absorbedores y emisores selectivos en longitud de onda.
Así, la atmósfera es aproximadamente transparente (no
absorbe) a ciertas longitudes de onda de radiación y
aproximadamente opaca (buen absorbedor) en otras
longitudes de onda. Por ejemplo es transparente a la luz
visible, que llega a la superficie.
 La nieve es también absorbedor selectivo: es mal
absorbedor de la luz visible ya que refleja ~90% y es
buen absorbedor (y emisor) de la radiación infrarroja de
longitud de onda larga.

13. Esquema de la cantidad de radiación solar y terrestre.

15.  CONSTANTE SOLAR
 RADIACIÓN ASTRONÓMICA

17. Constante solar
Es la cantidad promedio de radiación recibida en un punto
perpendicular a los rayos solares, localizado fuera de la
atmósfera en la distancia media entre la Tierra y el sol. La
cantidad real de radiación solar recibida en el borde exterior
de la atmósfera varía ligeramente según la producción de
energía del sol y la distancia de la Tierra en relación con este.
Debido a la excentricidad de la órbita terrestre alrededor del sol, la
Tierra se acerca más a este en enero que en julio. Además, la
radiación emitida por el sol varía un poco, probablemente en un
porcentaje mínimo. Estas ligeras variaciones que afectan la
constante solar son triviales si se consideran las propiedades
atmosféricas que agotan la cantidad total de radiación solar que
cae sobre la superficie terrestre.
1,94 cal/cm2
min
1.353 W/m2
428 Btu/pies2
h
4,871 kJ/m2
h

18.  CONSTANTE SOLAR
 RADIACIÓN ASTRONÓMICA
EL BALANCE DE RADIACIÓN
DEL PLANETA

21.  Esta energía se trasmite hasta la tierra en forma de ondas
electromagnéticas, las cuales tienen diferentes longitudes. El
conjunto de las distintas longitudes de omda emitidas por un
cuerpo se denomina espectro de este cuerpo y esta
estrechamente relacionado con su temperatura, mientras
mayor sea ésta, menores serán las longitudes de ondas
emitidas por él.
 El conjunto de ondas emitidas por el sol se llaman espectro
solar. Y en el se distinguen tres tipos:
 Los rayos ultravioletas. Con longitud entre 0.1 y 0.4
micrómetros y que transportan –junto con los rayos X y los
rayos gamma- un 9% de la energía total emitida por el sol
 Los rayos visibles o luminosos, con longitudes de onda
superiores –entre 0.4 y 0.78- y transportan el 41%
 Los rayos infrarrojos, comprendidas entre 0.78 y 3
micrómetros y transportan el 50%

26. Espectro solar y longitud de ondas
La luz se propaga en forma de ondas electromagnéticas. Estas,
incluyendo las luminosas, también tienen una longitud. La
diferencia de color entre los rayos luminosos depende realmente
de sus longitudes de onda.
El espectro solar es una pequeña parte del más amplio
espectro de las ondas electromagnéticas que atraviesan el
espacio.
El ojo humano es un receptor (recibe) y un selector (selecciona),
porque absorbe sólo algunas ondas luminosas no todas. El ojo
solo percibe una pequeña porción de este espectro y que va de los
400 a 700 nanómetros.
La luz blanca se encuentra formada por todas las longitudes de
onda o colores. Los objetos absorben gran parte de los colores de
espectro y reflejan una parte pequeña. Los colores que
absorbe un objeto desaparecen en su interior y los
colores que refleja, son los que nosotros vemos.

27. La luz se propaga por el movimiento ondulatorio de las ondas. Se pueden explicar
de esta manera los fenómenos de difracción, interferencia y polarización.

29. Espectro de luz de una llama de mechero

30. FACTORES QUE ATENÚAN
LA RS EN EL TOPE DE LA
ATMOSFERA
• ALTURA DEL SOL
• LATITUD DEL LUGAR
• EPOCA DEL AÑO
• HORA DEL DÍA
La cantidad de RS recibida en los distintos puntos del limite
superior de la atmósfera varía en función de dos hechos: el
tiempo de exposición al sol experimentado por cada uno de los
puntos, y el ángulo con que en ellos inciden los rayos solares

31. ALTURA DEL SOL
 Cuando hablamos de constante solar, tuvimos en cuenta que era la energía
que llegaba a una superficie perpendicular a los rayos solares, sin embargo
esto no es lo que ocurre generalmente.
 Si definimos como altura del sol al ángulo que forman los rayos de este con
el horizonte a partir del punto de observación, veremos que a una mayor
inclinación le corresponde un mayor ángulo, o sea mayor altura solar y la
intensidad de radiación es mayor por unidad de área. La altura solar
máxima es de 90°

33.  La cantidad de radiación solar
recibida en una hora y un lugar
específicos del sistema Tierra-
atmósfera se llama insolación (en
inglés, insolation, de incoming solar
radiation). La insolación esta determinada
por cuatro factores:
 La constante solar
 La transparencia de la atmósfera
 La duración de la luz del día
 El ángulo con el que los rayos solares
caen sobre la Tierra

34. Ángulo de los rayos
 El ángulo con que los rayos solares caen sobre la Tierra varía a medida que el
sol "se mueve" de un lado a otro del ecuador. Una superficie relativamente
plana y perpendicular a un rayo solar vertical recibe la mayor cantidad de
insolación. Por consiguiente, las áreas donde los rayos solares son oblicuos
reciben menos insolación, ya que estos deben atravesar una capa más espesa
de la atmósfera y se dispersan sobre una superficie mayor. Este mismo principio
se aplica al desplazamiento diario de los rayos solares. Al mediodía, se produce
la mayor intensidad de insolación. Durante la mañana y la tarde, cuando el sol
se encuentra en un ángulo bajo, la intensidad de la insolación es menor.

35. FACTORES QUE ATENÚAN
LA RS EN EL TOPE DE LA
ATMOSFERA
• ALTURA DEL SOL
• LATITUD DEL LUGAR
• EPOCA DELAÑO
• HORA DEL DÍA

38.  La transparencia es una función no sólo de nubosidad sino también de latitud. Los rayos solares
deben atravesar una capa de atmósfera reflectora de dispersión más espesa en las latitudes
intermedias y altas que en las tropicales (fig.a). Este efecto varía según las estaciones: en invierno
es mayor (en el norte) cuando el eje terrestre se aleja del sol y hace que los rayos solares sean
menos intensos en el horizonte (fig. b)
Fig. a. Relación entre
la transparencia
y la latitud
Fig. b: Efecto estacional
de la transparencia
en determinada
ubicación

40. FACTORES QUE ATENÚAN
LA RS EN EL TOPE DE LA
ATMOSFERA
• ALTURA DEL SOL
• LATITUD DEL LUGAR
• EPOCA DEL AÑO
• HORA DEL DÍA

41.  La época del año esta representado por un
ángulo que se denomina declinación solar.
Este ángulo es la distancia angular norte o
sur con el plano del Ecuador.
 La declinación solar varía desde 23°27´
cuando los rayos solares inciden
perpendicularmente al Trópico de Cancer
hasta un valor de -23°27´ cuando inciden
perpendicularmente al Trópico de
Capricornio

49. FACTORES QUE ATENÚAN LA RS EN
EL TOPE DE LA ATMOSFERA
• ALTURA DEL SOL
• LATITUD DEL LUGAR
• EPOCA DELAÑO
• HORA DEL DÍA

51. Duración de la luz del día
 Mientras más largo sea el período de luz solar, mayor será la posible insolación
total. La duración de la luz del día varía con la latitud y las estaciones. En el
ecuador, el día y la noche son siempre iguales. En las regiones polares, el
período de luz del día alcanza un máximo de 24 horas en verano y un mínimo
de cero horas en invierno. La figura muestra cómo varía esta duración con las
estaciones en el hemisferio norte

54. RADIACIÓN SOLAR DISPONIBLE EN EL TOPE DE
LA ATMOSFERA (Qs)
LATITUD DEL LUGAR (Φ )