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Balance termico cirrus delgadas

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Las cirrus son nubes muy tenues que se forman a grandes altitudes (de 12 a 15 km) y están constituidas por cristales de hielo. Las partículas de hielo en estas nubes juegan un importante rol en el balance energético del sistema atmósfera-océano,
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  2 CONSEJO EDITORIALEDITOR Dr. Alfredo Figueroa NavarroProf. Jorge CastillloFacultad de EconomíaDr. Plinio VáldésFacultad de MedicinaDr. Raúl De Los RíosFacultad de OdontologíaProf. Haydee WatsonFacultad de Ciencias Naturales, Exactas y TecnologíaIng. Luis Carlos SalazarFacultad de Ciencias AgropecuariasDra. Vilma TurnerFacultad de FarmaciaDra. Marina de LagunaFacultad de Enfermería Diagramación: Editorial Universitaria Carlos Manuel Gasteazoro Universidad de PanamáImpreso en Panamá200 ejemplares  139Scientia, Vol. 21, N° 2 ESTUDIO DEL BALANCE TÉRMICODE UNA NUBE CIRRUS DELGADASOBRE LAS ISLAS GALÁPAGOS PINO, ALFONSO 1 ; GUERRA, SERGIO 1 ; CASTILLO, DIONEL 1 ;MATURELL, ÁLVARO 1 ; ESPINOSA, JORGE 2 ;SAMUDIO, HOODMY 1 ; JORDÁN, LUIS 1 1 Laboratorio de Física de la Atmósfera de la Universidad de Panamá; Teléfono: (011 - 507)523 5309, Fax: (011 - 507) 523 5309; E- mail: atmosfer@ancon.up.ac.pa 2 Autoridad del Canal de Panamá – Departamento de Hidrometeorología; Teléfono: (00507)276 1729, Fax: (00507) 276 1729, E-mail: jaespinosa@pancanal.com RESUMEN Las cirrus son nubes muy tenues que se forman a grandes altitudes(de 12 a 15 km) y están constituidas por cristales de hielo. Laspartículas de hielo en estas nubes juegan un importante rol en elbalance energético del sistema atmósfera-océano, mediante sus in-teracciones con la radiación solar (radiación infrarroja de onda cor-ta) y con la radiación terrestre (radiación infrarroja térmica o deonda larga). Este hecho ha sido demostrado por investigaciones pre-vias (Liou, 1986). De acuerdo con los procesos de los cuales sederivan, estas nubes se subdividen en  cirrus in situ ,  cirrus yunque continentales  y  cirrus yunque marítimas . Las nubes  cirrus yun-que  tienen su génesis en los procesos convectivos que se dan conmayor frecuencia en la troposfera tropical. Los procesos convectivosdan srcen a nubes de gran desarrollo vertical, denominadascumulonimbos, cuya parte superior, en forma de yunque posee unagran concentración de microscópicos cristales de hielo. Cuando elyunque se separa de la nube cumulonimbo, se srcina otra nubeintegrada, en su mayor parte por cristales de hielo. Esta últimanube se denomina cirrus yunque. A medida que transcurre el tiem- 9 FÍSICA DE LA ATMÓSFERA Scientia (Panamá), 2011, Vol. 21, N° 2, 139-160  140 po, la nube cirrus se va adelgazando hasta constituirse en el tipo de nube que hasido denominada “  nube cirrus delgada”. El balance energético sobre el sistema atmósfera-océano debido a la presencia decirrus delgadas así como también de cirrus subvisibles, constituye un factor deimpacto significativo en la modulación del cambio climático, por cuanto que es-tas nubes poseen un efecto de enfriamiento en la superficie terrestre, como con-secuencia de la reflexión de la radiación solar sobre los cristales de hielo. Peroestas nubes poseen también un efecto de calentamiento troposférico debido alhecho de que absorben radiación infrarroja térmica. Este balance energético so-bre el sistema océano-atmósfera se denomina  forzamiento térmico . Durante elProyecto TC-4 conducido por la NASA en América Central e islas Galápagos, de julio a agosto de 2007, se efectuaron vuelos coordinados de los aviones ER-2 yDC-8 para cuantificar el  forzamiento térmico  de las cirrus delgadas y de lascirrus subvisibles. En este trabajo se presentarán y discutirán los resultados ob-tenidos con relación a dicho balance energético para una capa de cirrus delgadadesplegada sobre las islas Galápagos, el 6 de agosto de 2007. Del análisis delbalance térmico se ha podido establecer que las cirrus delgadas, observadas so-bre las Islas Galápagos actúan como nubes de efecto invernadero por cuanto queel efecto de calentamiento causado por la absorción de radiación infrarroja deonda larga es superior al efecto de enfriamiento causado por la reflexión de radia-ción infrarroja de onda corta.La conclusión más relevante del presente estudio radica en el hecho de que lasnubes cirrus delgadas generan un efecto de calentamiento neto en la troposferasuperior y este fenómeno contribuye a hidratar la estratosfera.El presente estudio intenta contribuir en el esclarecimiento del rol que juegan lasnubes cirrus delgadas en la evolución del Cambio Climático. PALABRAS CLAVES Cambio climático, gases de invernadero, efecto invernadero, convección,cumulonimbo, cirrus, radiación infrarroja térmica, Islas Galápagos. INTRODUCCIÓN La atmósfera de nuestro planeta se divide en 5 capas, a saber: la troposfera (0 a16 km), la estratosfera (18 a 50 km), la mesosfera (de 52 a 80 km), la termosfera  141Scientia, Vol. 21, N° 2 (de 82 a 500 km) y la ionosfera (de 500 a 1000 km). Una subcapa intermedia, de2 km, se presenta entre la troposfera y la estratosfera, la cual se denominatropopausa. Una segunda subcapa intermedia, de 2 km, se presenta entre la es-tratosfera y la mesosfera, la cual se denomina estratopausa. Una tercera subcapaintermedia se presenta entre la mesosfera y la termosfera, la cual se denominamesopausa.Durante los meses de julio y agosto de 2007, la NASA condujo una investigaciónde campo de gran magnitud en Panamá y Costa Rica con el objetivo de estudiaruna serie de procesos fisicoquímicos en la troposfera superior y en la tropopausa.Tales procesos podrían estar acelerando el Cambio Climático en los trópicos y,particularmente, en América Central. A partir de este Proyecto de Investigacióndenominado “Composición Tropical, Nubes y Acoplamiento Climático”  ydesignado mediante las siglas TC-4 , el Laboratorio de Física de la Atmósfera dela Universidad de Panamá ha estado colaborando con la NASA.Esta ambiciosa investigación permitió medir múltiples parámetros atmosféricos.En lo concerniente a la composición atmosférica de nuestra latitud, se midió laconcentración de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, vapor de aguay metano), la concentración de contaminantes (monóxido de carbono y materialparticulado), el perfil de temperatura y el perfil de la columna de ozono. La partemedular de esta investigación consistió en estudiar los procesos convectivos que dan srcen a nubes de tormenta en aguas próximas al Golfo de Panamá.Estas nubes, denominadas  cumulonimbos , juegan un papel de gran importanciaen la dinámica atmosférica. Cabe señalar que la convección es un proceso me-diante el cual, el aire caliente tiende a ascender, de forma tal que arrastra consigohumedad. De este modo, mediante la convección, se forman nubes de gran desa-rrollo vertical cuya base puede encontrarse a una altura de 500 metros y su partesuperior, a una altura de 15 000 metros. El tope de estas nubes está constituidopor microscópicos cristales de hielo . Debido a la presencia de la tropopausa,las corrientes de viento en la troposfera superior tienden a expandir el yunque delos sistemas cumulonimbos, en forma horizontal. Al producirse la precipitación,el yunque del sistema cumulonimbo, integrado por cristales de hielo, permanece,de manera tal que se genera otro tipo de nube denominado cirrus yunque . Lasnubes cirrus poseen una gran influencia en la modulación del balance térmico delsistema océano-atmósfera. Debido a que se localizan en la fría troposfera supe-rior, las cirrus pueden atrapar gran parte de la radiación infrarroja térmica emiti-da por nuestro planeta. Por consiguiente, las cirrus constituyen el único género denube que puede ejercer una influencia de calentamiento directo sobre el sistema  142 climático terrestre (Ackerman et al ., 1988). Las cirrus yunque, cercanas a latropopausa, tienen un efecto importante en el balance energético de nuestro pla-neta (Hartmann et al ., 2001), particularmente si se trata de cirrus con un espesoróptico < 1 (cirrus delgadas).A medida que transcurre el tiempo, las nubes cirrus yunque se hacen cada vezmás delgadas y se separan de las cumulonimbos. Si se han generado sobre elocéano, a medida que las nubes envejecen, predominan los cristales grandes (de100 a 400  m), en forma de columnas y de placas (Lawson, 2008). Tales nubes,conocidas como cirrus yunque marítimas, juegan un rol de gran importancia enla evolución del cambio climático en los trópicos. Las cirrus cubren más del 70%de los trópicos y tienen un impacto significativo en el balance térmico de la at-mósfera terrestre y, por consiguiente del cambio climático (Liou, 2002). Variashoras después del proceso convectivo la cirrus yunque se habrá adelgazadosignificativamente hasta constituirse en una cirrus delgada o en una cirrussubvisible. Las nubes cirrus subvisibles (SVC) son nubes de gran altitud, con unespesor óptico muy pequeño (su espesor óptico, como máximo es de 0,03) y segeneran, con mayor frecuencia, muy próximas a la tropopausa tropical (Wang et al ., 1996). Estas nubes se denominan subvisibles porque son difíciles de obser-var visualmente desde abajo o desde arriba y sólo se les puede apreciar cuando seles observa lateralmente, es decir, de canto. Generalmente se les detecta median-te aviones que son utilizados para estudios atmosféricos. Las nubes cirrussubvisibles fueron detectadas por primera vez mediante mediciones efectuadascon Lidar, desde el atolón de Kwajalein, ubicado en el Océano Pacífico tropicaloccidental (Uthe and Russel, 1976). Posteriores observaciones satelitales(Prabhakara et al., 1993; Wang et al., 1996; Winker and Trepte, 1998; Mace et al ., 2008), observaciones mediante Lidar en aviones meteorológicos (McFarquhar et al ., 2000; Pfister et al ., 2001), observaciones mediante Lidar, ubicado en tierra(Comstock et al ., 2002) han confirmado la prevalencia de nubes cirrus subvisiblesen los trópicos y han permitido encontrar que estas nubes se encuentran presen-tes del 30 al 50 % de las veces en las que previamente se han generado sistemasconvectivos. Mediante las citadas investigaciones también se ha encontrado quelas nubes cirrus subvisibles se localizan cerca de la tropopausa, a elevaciones quevan desde los 14 km hasta los 17 km. También se ha logrado establecer que elespesor geométrico de estas nubes es inferior a 1 km. Es importante señalar quelas investigaciones antes mencionadas han permitido establecer que tanto las cirrusdelgadas como las cirrus subvisibles pueden extenderse por cientos de kilóme-tros a lo largo de la bóveda celeste y permanecer varios días.
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