La atmósfera: composición y propiedades, Apuntes de Ingeniería Ambiental

¡Descarga La atmósfera: composición y propiedades y más Apuntes en PDF de Ingeniería Ambiental solo en Docsity! 1. LA ATMÓSFERA COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES DE LA ATMÓSFERA. CLIMATOLOGÍA DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA GRADO CIENCIAS AMBIENTALES 2016-2017 Parte 1: La Atmósfera 1. Funciones de la atmósfera 2. Formación y evolución de la atmósfera. 3. Composición de la atmósfera. 4. Estructura de la atmósfera. 5. Radiación. • Conocer los procesos que han sido responsables de la existencia de la atmósfera actual. • Conocer la estructura y propiedades de la atmósfera. • Conocer la relación entre la radiación electromagnética y las propiedades de la atmósfera terrestre. 2 5 Constituyente Composición (%) N2 78.03 O2 20.99 Ar 0.94 CO2 0.03 H2 0.0005 CH4 0.002 Ne 0.00123 He 0.0004 Kr 0.00005 N2O 0.00005 Xe 0.000006 H2O variable O3 variable Partículas variable 3. Composición de la atmósfera Aprox. 99% procede de procesos biológicos y 1% de procesos químicos. En función de la zona y la época del año. Concentración disminuye con la altura. Interviene en los procesos meteorológicos al intercambiar calor para cambiar de estado. *Absorben IR y tienen efecto invernadero. 97% en estratosfera. 3% contaminante fotoquímico en troposfera. 280 ppm hasta 1750 379 ppm en 2005 440 ppm en 2016 4. Estructura de la atmósfera ñ EEE 500 att Mesopausa 80 km 50 km 3 G Radiación nds 7 E a Aa Aviones Nubas pen pelojata Supersónicos y í AR por explosiones atómicas ia 12 km Monte Everest — E > OA: preclpit maras But A A, ARE a : £ AAA +100."C e 7 Perfiles de temperatura y presión en las diferentes capas de la atmósfera. 10 Interacción radiación-atmósfera: -Reflexión en direcciones aleatorias. -No modifica energía ni λ. -Parte se devuelve al espacio, por lo que reduce la cantidad de radiación que llega a la superficie. -La radiación se devuelve con un ángulo de 180º al espacio. -No modifica λ. -40-90 % debida a las nubes. Dispersión Reflexión -Absorción y posterior emisión en direcciones aleatorias. - Transformación en radiación de menor energía (IR, calor). Absorción 11 Reflectividad superficial o albedo: Tipo de superficie Reflectividad Nieve fresca 80-85 % Arena seca 35-45% Bosque caducifolio 5-10% Bosques de coníferas 10-20% Pastos 15-25% Agua (sol en cenit) 3-5% Agua (sol en el horizonte) 50-80% Nube (gruesa) 70-80% Nube (delgada) 25-30% Proporción de la radiación solar que es reflejada en función del tipo de superficie en la que incide. Valor medio del 30%. 12 Absorción de radiación por los componentes de la atmósfera: 15 16 Parte 2: Meteorología de la Contaminación Atmosférica • Conocer la influencia de los factores meteorológicos en la dispersión de los contaminantes. • Predecir la evolución de una nube de contaminantes en función de la temperatura y el viento. • Conocer la influencia de la topografía en la dispersión de los contaminantes. 1. Evolución de los contaminantes en la atmósfera. 2. Presión atmosférica. 3. Perfil vertical de temperatura. 4. Estabilidad atmosférica. 5. Viento. 6. Efectos topográficos. Atmósfera: medio receptor de los contaminantes gaseosos emitidos
propiedades físico-químicas determinan dispersión de contaminantes. PARÁMETROS METEOROLÓGICOS Presión Temperatura Velocidad viento Otros FUENTE DE EMISIÓN Puntual o área Altura Estacionario o en movimiento Otros TIPO DE PROCESO Tasa de emisión Temperatura Velocidad salida Otros MECANISMOS DE DISPERSIÓN Movimiento general del aire
transporte horizontal Fluctuaciones turbulentas Difusión molecular CAPA LÍMITE ATMOSFÉRICARUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE TERRESTRE EVOLUCIÓN DE LOS CONTAMINANTES EN LA ATMÓSFERA Capas bajas donde se aprecian efectos de estabilidad atmosférica y rugosidad superficial 1. Evolución de los contaminantes en la atmósfera 17 4. Estabilidad atmosférica Capacidad de la atmósfera para producir el movimiento vertical de las masas de aire mediante mezclado térmico. La posibilidad de mezclado térmico se puede establecer comparando GTSA y GTA En función de GTA clasificamos la atmósfera como: 20 Una masa de aire o gas (seco) a mayor temperatura que el aire ambiente es menos densa que éste
asciende a capas de menor presión
se expande y se enfría según el GTSA. Cuando Tg = Ta el gas se estanca o se mueve solidariamente con el aire. La aceleración o tendencia a ascender aumenta con la diferencia de temperatura entre el gas y el aire. La estabilidad atmosférica determina si se igualan estas temperaturas y a qué altitud ocurre. El aire circundante se enfría en altura según el GTA. Atmósfera superadiabática: │GTA│ > │GTSA│ Inestable: gran turbulencia en sentido vertical. El gas se enfría más despacio que el aire circundante
siempre está más caliente que el aire
el ascenso es continuo. Dispersión vertical de contaminantes. NOTA: en el gráfico la pendiente es el inverso de (-dT/dh), es decir, una mayor pendiente representa un gradiente menor de temperatura, porque se representa h frente a T en lugar de T frente a h. El gas sigue el GTSA y el aire el GTA. 21 Atmósfera subadiabática: │GTA│ < │GTSA│ Estable: el gas se enfría más deprisa que el aire circundante por lo que al ascender siempre está más frío que el aire y tiene mayor densidad
vuelve a descender hasta la posición de equilibrio. El caso extremo de atmósfera subadiabática es la atmósfera isoterma, en la que no existe variación de temperatura con la altitud. 22 Atrapamiento de la pluma de la chimenea: Ocurren ambas inversiones a la vez. 25 En la situación habitual de la atmósfera la temperatura desciende con la altitud lo que favorece que suba el aire más caliente (menos denso) y arrastre a los contaminantes hacia arriba. En una situación de inversión térmica una capa de aire más cálido se sitúa sobre el aire superficial más frío e impide la ascensión de este último (más denso), por lo que la contaminación queda encerrada y va aumentando. 26 Intersección de GTA y GTSA. Altura hasta la que se produce el mezclado o dispersión de los contaminantes debido a efectos convectivos producidos por la temperatura. Porción de aire se calienta en superficie
disminuye densidad y asciende hasta igualar temperatura aire circundante
esa altura define el límite de la AMM. Menor durante la noche y en invierno. h TTsuelo Atmósfera inestable AMM Ts’ GTAGTSA h TTsuelo Atmósfera estable AMM Ts’ GTAGTSA h TTsuelo Inversión AMM Ts’ GTAGTSA Altura máxima de mezclado Superadiabática Subadiabática 2 > 5 A TATAT ro” E E A 5 E 4 S1 Y sis - o E a A a a 4 A Estable L L ? L L 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 Temperatura oc Temperatura oe Neutra Inversión térmica 2 T 5 E ' E E E E Ba JJ s.L Inversión 7 E E Z Estable P L L l L L l 10 20 30 40 50 10 20 O 50 Temperatura 9C 30 4 Temperatura 0 Viento
debido a la fuerza del gradiente de presión (⊥ a isobaras) de altas presiones a bajas presiones. La rotación terrestre distorsiona este flujo ideal de los vientos. Fuerza de Coriolis desviación del aire a derecha en hemisferio norte a izquierda en hemisferio sur Es proporcional a la velocidad del viento y perpendicular a la dirección del viento. Viento geostrófico: (ideal) Las fuerzas deben estar en equilibrio: Fpresión : ⊥ a isobaras Fcoriolis: ⊥ al viento Resultante || a isobaras, deja a la derecha A y a la izquierda B. Ocurre en altura, donde FR ≈ 0. 30 FR: proporcional y || al viento y de sentido contrario, < en altura FC: ⊥ al viento La resultante es || a FP y de sentido contrario
el viento sopla hacia las bajas presiones (es convergente hacia las bajas presiones y divergente desde las altas presiones). A nivel del suelo el rozamiento es tan alto que la velocidad es prácticamente cero. Considerando una fuerza de rozamiento: 31 B A Borrasca
aire entra por abajo y empuja hacia arriba al aire de las capas superiores
movimiento ascendente
mayor dispersión vertical de contaminantes. Anticiclón
aire sale por abajo y es reemplazado por el aire de las capas superiores
movimiento descendente
contaminantes retenidos. Normalmente las isobaras son curvas
considerar además la fuerza centrífuga
sopla con un movimiento circular
viento gradiente. < altitud
> FR
mayor tendencia a entrar o salir El viento sopla en sentido horario, es divergente y descendente en un anticiclón. Sopla en sentido antihorario, es convergente y ascendente en una borrasca. 32 Brisas costeras: Brisa marítima, virazón. Brisa terral. Durante el día. Durante la noche. La tierra absorbe más calor que el agua
el aire caliente asciende
el aire frío del mar va a tierra. La brisa lleva los contaminantes a tierra. La tierra se enfría más deprisa
el aire frío fluye de tierra al mar. Los contaminantes hacia el mar. 35 Sistema valle-ladera: Brisa de valle, viento anabático. Brisa de ladera, viento catabático. Durante el día. Durante la noche. El sol calienta la parte alta de las laderas
el aire asciende
el viento frío del valle ocupa su lugar. Las cumbres se enfrían mas deprisa que el valle
el aire frío cae hacia el valle y empuja al aire caliente de la cuenca. 36 Efecto del relieve orográfico del terreno: Barlovento Sotavento Dirección del viento Remolinos
descenso del aire y acumulación de contaminantes. 37 Calle de vórtices en una formación nubosa sobre las Islas Juan Fernández en la costa de Chile. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Vortex- street-animation.gif 40 Isla calórica: Más superficies
mayor absorción de radiación solar y acumulación durante la noche. Mayor liberación de partículas. Mayores impedimentos al flujo del viento. El aire se concentra en la ciudad
se calienta y asciende superficialmente
se enfría en altura y desciende hacia el borde de la ciudad
flujo autocontenido
acumulación de contaminantes. 41