Estudio del balance energético de la Tierra

Abstract

El balance radiativo se define como el balance neto entre la radiación que llega a la Tierra y la que emite al exterior. Esto es fundamental para comprender el sistema climático, ya que en gran medida determina la temperatura media global de la Tierra. Debido a esto, durante el transcurso del último siglo se han ido desarrollando modelos climáticos basados en este principio con el fin de simular y predecir el clima de nuestro planeta.

En este trabajo se han reproducido varios ejemplos de los modelos basados en el balance energético con el objetivo de estudiar cómo se comporta la temperatura de la Tierra dentro de estos modelos, variando sus parámetros para ver sus efectos en dicha temperatura. Entre estos modelos, se ha desarrollado un modelo de 0 dimensiones en el que se ha estudiado cuál es el efecto de añadir capas simulando una atmósfera, pasando de ser al comienzo capas completamente absorbentes a ser parcialmente emisivas. Se ha conseguido simular los diferentes cambios en la temperatura al aumentar la emisividad de las capas, simulando así la concentración de gases de efecto invernadero, observando aumentos hasta de 10◦C. También se ha visto cómo el sistema evoluciona al someterse a diferentes perturbaciones como una variación en la capacidad calorífica o bien una variación del albedo. En segundo lugar, se ha desarrollado el modelo unidimensional de Budyko, obteniendo así la distribución latitudinal de temperaturas para el hemisferio norte. A partir de este modelo se ha realizado un estudio de cómo afecta a la temperatura el transporte meridional de calor, las variaciones en el albedo a lo largo del planeta o la nubosidad. Estudiando finalmente cómo se perturba este sistema, simulando de esta forma las posibles causas del cambio climático. Un ejemplo sería el aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera donde se ha visto un aumento de hasta 4◦C en la temperatura, llegando a simular el deshielo de los polos.

Radiative balance is defined as the net balance between the radiation that reaches the Earth and the one it emits to space. This is fundamental to understand the climate system, as it mostly determines the Earth’s global average temperature. Due to this, through the last century, climate models based on this concept have been developted with the objective of simulating and predicting the climate of our planet.

In this work, several examples of models based on the energy balance have been reproduced with the aim of studying how Earth’s temperature behaves within these models, varying their parame ters to observe their effects on the temperature. Among these models, a zero-dimensional model has been developted in which the effect of adding layers simulating an atmosphere has been studied, starting from completely absorbing layers to partially emissive ones. It has been possible to simu late the different changes at the temperature by increasing the emissivity of the layers, simulating concentration of Greenhouse gases, observing temperatures increases up to 10◦C. Secondly, the one-dimensional Budyko model has been developted, obtaining the latitudinal tem perature distribution for the Northern Hemisphere. From this model, a study has been carried out on how temperature is affected by meridional heat transport, variations in albedo across the planet or the cloud cover. Finally, the perturbation on this system has been studied, simulating the possible causes of climate change. One example would be the increase in the concentration of greenhouse gases at the atmosphere, where an increase of 4◦C in temperature has been observed, even simulating the melting of the poles.