7 January 2015

La fuente de energía más importante que tenemos a nivel planetario es la radiación solar. Ésta, aparte de proporcionarnos luz natural durante el día, es la principal responsable de mantener una temperatura y unas condiciones adecuadas para la vida humana. Hablaremos de diferentes efectos de la radiación solar, como las oscilaciones y los balances energéticos durante el día y la noche. Previamente miraremos la variación de las condiciones meteorológicas por la incidencia de los rayos solares sobre la tierra. O dicho de otra manera... Las estaciones.

La radiación solar incide con mayor fuerza cuanto más directamente llega a la Tierra. Los rayos solares recorren menos distancia en la atmósfera y concentran más la energía en menor superfície cuanto más vertical es la incidencia de estos. Así, si los rayos inciden con una inclinación de 90 grados sobre la superficie terrestre (caen verticalmente, como podría decirse coloquialmente) recorren la menor distancia posible por la atmósfera y concentran la energía en la menor superfície posible, calentando más. 

Las estaciones del año

Así, pues, el verano corresponde a la época del año donde los rayos del Sol inciden de manera más vertical sobre nuestra situación en la superfície terrestre y el invierno a la época en que dichos rayos inciden de manera más horizontal. 

Si queremos verlo de manera visual recomendamos una de las applets del NAAP (Nebraska Astronomy Applet Project), de la Universidad de Nebraska-Lincoln.

Podemos ver primero, en esta simulación del NAAP, cómo los rayos influyen en la Tierra según el día del año. Podemos observar cómo en nuestra latitud, a 41ºN  y a medio camino entre el Trópico de Cáncer y el Círculo Polar Ártico, efectivamente el día que los rayos influyen de manera más vertical es el 21 de junio o día del solsticio de verano. Por contra, el 21 de diciembre o solsticio de invierno los rayos inciden de manera casi paralela a la superfície de la Tierra en nuestra latitud.

Podemos verlo de manera más completa en la siguiente animación, donde además de poder fijar nuestra posición sobre la Tierra ("monigote" con forma de persona) para ver cómo inciden los rayos solares sobre nuestra posición, podemos desplazarnos recorriendo todo el año para ver la posición de la Tierra alrededor del Sol.

Recomendamos activar las "label" para ver los nombre de los paralelos principales. El punto amarillo que sale sobre la superfície terrestre indica el punto donde hay mayor incidencia de los rayos solares. Lo podemos ocultar/mostrar con la opción "show subsolar point".

Podemos commutar también entre las vistas de la incidencia solar desde un lado "view from side" o ver la Tierra tal como se vería desde el Sol "view from Sun". Nos parece más interesante la visión lateral, pues nos permite seleccionar también la posición en la que mostrar la incidencia de los rayos solares.

Por último, podemos cambiar entre la visión del movimiento de la Tierra girando alrededor del Sol "orbit view", o por contra ver cómo vemos el Sol desde la Tierra, en "celestial sphere", donde también veremos el ángulo que forma esta trayectoria con el Ecuador. 

Con este simulador podemos ver, por ejemplo, cómo colocándonos en el Ecuador los rayos inciden siempre de manera casi perpendicular a la Tierra y por ello el clima prácticamente no varía a lo largo del año en esta posición.

En el caso opuesto, si nos colocamos en el Polo Norte o el Polo Sur la mitad del año estaremos en zona de sombre y directamente no recibiremos la luz del Sol, creando así la famosa noche de 6 meses en los polos. En los días en que sí nos llega el Sol, en este punto llega de manera casi horizontal, lo que provoca el frío extremo de estas latitudes.

En nuestro caso, a medio camino entre el Trópico de Cáncer y el Círculo Polar Ártico, se produce un cso intermedio, con días más argos y calurosos en verano y algo más cortos y fríos en invierno.

También observamos cómo cuando los rayos inciden más directamente en el Hemisferio Norte, lo hacen más indirectamente en el Sur y viceversa. Es por ello que cuando aquí disfrutamos del verano, en el Hemisferio Sur están pasando el invierno.

Finalmente, si cambiamos la vista de "sunlight angle" por la de "sunbeam spread" podemos visualizar cómo la radiación solar se concentra más en un zona provocando mayor cantidad de calor cuando los rayos són más directos o se dispersa cuando la incidencia es más indirecta, habiendo menos calor.

Visto ésto, que es consecuencia directa de la translación de la Tierra, pasamos a mirar cómo varía la radiación solar recibida en la Tierra según el movimiento de rotación combinado con el anterior: en definitiva, cúanto dura el día o la noche en función de la estación o día del año y de la latitud en la que nos hallamos.

Duración del día y la noche 

Mostraremos a continuación otra applet, en este caso con una gráfica del número de horas solares cada día del año en función de su latitud. En cada punto de la Tierra tenemos exactamente 6 meses de Sol y 6 meses en los que no recibimos radiación solar, con un promedio de 12 horas diarias de luz. Lo que varía en función de la latitud es cómo se distribuyen estas horas a lo largo del año. 

De este modo, si nos situamos en el Ecuador no percibiremos variación a lo largo del año: cada día tendremos 12 horas de luz solar invariablemente durante todo el año. A medida que nos acercamos a los polos estas variaciones crecen, hasta llegar al caso extremo de los polos, en que como ya hemos visto un día solar de 6 meses de duración sucede a otro de 6 meses sin recibir la radiación solar.

De este modo, nosotros que nos hallamos a una latitud aproximada de 41º, tenemos los días solares más largos del año en verano, que duran unas 15 horas y los más cortos en invierno, pudiendo tener tan sólo unas 9 horas de radiación solar.

Desplazando la barra que hay bajo la de la latitud podemos ver aproximadamente las horas de sol de un día del año en concreto.

Estos conceptos tan básicos y que todos conocemos de alguna u otra manera son imprescindibles para entender fenoménos meteorológicos como la niebla de radiación, las brisas marinas o brisas en los valles y muchos otros.

Os seguiremos explicando...