Energía solar global y UV. Su relación

con el cambio climático.

Rubén Piacentini

- Instituto de Fïsica Rosario (CONICET – UNRosario)

- Facultad Cs Exactas, Ingeniería y Agrimensura/UNRosario

Sol: fuente básica de energía en la Tierra

SOHO/NASA-ESA

Actividad solar medida a través del Número de manchas solares. Ciclo undecenal (11 años)

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 20080

20

40

60

80

100

120

140

Núm

ero

de m

anchas s

ola

res

Año

Datos (www.ngdc.noaa.gov)

Predicción (Verdes et al, 2000)

Importancia en:- Pronóstico solar- Satélites - Relación con Cambio Climático

Nú

me

ro m

an

ch

as

Comparación entre mediciones y modelización

teórica (predicción) del último ciclo solar.

Origen de la Energía solar

Reacción termonuclear en el centro solar (donde la Temperatura es de ≈ 15.000.000 ºC)

epswww.unm.edu

Espectro solar en los rangos UV, visible e IR

ultravioleta Longitud de onda

Espectro solar fuera de la atmósfera

Espectro solar a nivel del mar

visible infrarrojo

I(,t)

Constante solar: integral de la

irradiancia solar extra-terrestre

(curva roja)

CS = ∫ IET(λ) dλ

Irradiancias (=intensidades) extremas. En

condiciones especiales de cielo con nubes dispersas, se pueden llegar a registrar incrementos por reflexión en bordes y plano nuboso. En particular, en Puna de Atacama (Cerro Azul, 3900 m de altura) se obtuvo: Isolar, extrema =

1528 W/m2, valor superior a la Constante Solar (1366 W/m2). Máxima

intensidad medida en toda la Tierra (el 16 diciembre 1997) (*).

(*) Piacentini, Cede y Bárcena, J Atmospheric and Solar Terrestrial Physics, 2003

Constante Solar (CS): tiene un valor promedio de

1366 W/m2 en las últimas décadas y una fluctuación (que sigue el ritmo del número de manchas solares) de alrededor de ±0.5 W/m2.

CS = 1366 W/m2

Disponibilidad del recurso solar. Mapa de la distribución mundial

de energía solar, expresada a través de la irradiancia integrada o Irradiación =

∫ I(t) dt (kWh/m2)

* Existe un excelente posibilidad de instalar centrales solares en zonas de alta

intensidad, como la Puna de Atacama en el Nor-Oeste de Argentina y otros

desiertos (zonas rojas)

Mapas de Irradiación global diaria en los meses de Enero y Julio en Argentina (*)

(*) Artículo Nieve. Revista Vivienda, 233, Agosto 2009. Adaptado del trabajo de H Grossi relativo a radiación solar en Argentina.

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

Irra

dia

ció

n s

ola

r d

iari

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pro

me

dio

me

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ua

l)[M

J/m

2]

MES

Oliveros

SanMiguel

Castelar

Promedio regional

Irradiación solar medida en estaciones del Litoral y Gran Buenos Aires (1983)

Datos obtenidos del Boletín de la Red Solarimétrica Nacional (Ex – CNIE)

Relación entre

energía solar y

cambio climático

Balance energético de la terrestre. La temperatura del aire es el

resultado del balance energético entre la energía solar incidente y las

energías reflejada y emitida por la Tierra y la atmósfera. El vapor de agua,

las nubes, los gases de efecto invernadero y los aerosoles son claves en

este balance.

IPCC 2007

• Gases de efecto invernadero: dióxido de carbono

(CO2), metano, óxido nitroso, etc, retienen el calor,

aumentando la temperatura ambiente

Puntos indicadores de fuego registrados por el satélite GOES/NOAA en la región

centro-este de Sud-América

• Las partículas atmosféricas (aerosoles)

atenúan la radiación solar, enfriando en

promedio a la atmósfera terrestre

Aerosoles naturales Aerosoles artificiales

Satélite argentino SAC-C/CONAE

• Ejemplo: Periódicamente el aerosol natural del

Sahara es transportado por el viento hacia el

Atlántico y América Tropical

MODIS/NASA

TOMS/NASA Modelización

(Colaboración ICTP/IFIR)

Forzamiento

radiativo. Es una

variable física, de gran

importancia para el análisis

del cambio climático.

FR = Isolar - Iterrestre

CO2 CH4 HaloC O3 N20 Solar rad H2O Albedo Aerosol --

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Negative contPositive contribution

Ra

dia

tive

fo

rcin

g (

W/m

2)

Components contributing to the global warming

Radiative forcing

Cumulative radiative forming

IPCC 2007

Piacentini y Mujumdar, 2009

Conclusión: el Sol ha contribuido

mínimamente al Forzamiento

Radiativo total del Planeta (en un

7% en los últimos siglos). Somos

los humanos los responsables

principales, ……. algunos mucho

más que otros!

100 0 1100 120 0 1300 14 00 1500 16 00 1700 1 800 1900 2 000 2100

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

(0 .5 7 ± 0 .0 6) C / cen tu ry

(0.020 ± 0.001) C/century

T

em

pe

ra

ture

an

om

aly

(°C

)

Year

Year ly data (M ann et. a l., 1999)

40 point FFT S m oothing

Linear fi t

• Tendencia de la temperatura ambiente: tuvo una leve variación

negativa (-0.02ºC/siglo) en el anterior milenio hasta alrededor del siglo 19 y un

incremento significativo (+0.57ºC/siglo) en el siglo 20.

Pasado, presente y futuro del calentamiento

global

• En los continentes habitados por los humanos, se ha observado un

aumento significativo de la temperatura terrestre en las últimas

décadas. Este calentamiento global se explica mediante modelización

teórica, solamente si se incluyen los efectos antropogénicos (la acción

humana)

Calentamiento global del planeta

•Según modelos de

cambio climático, la

distribución del

calentamiento

global en la Tierra

no será uniforme en

el presente siglo

• Se concentrará en

los continentes y en

mayor medida en el

Artico

• La predicción de la evolución futura de la precipitación en

la Tierra en los meses de Dic-Ene-Feb y de Jun-Jul-Ago,

indica regiones donde la precipitación aumentará hasta un

20%, otras sin mayores modificaciones y zonas con

reducciones de -20%

100 0 1100 120 0 1300 14 00 1500 16 00 1700 1 800 1900 2 000 2100

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

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(0 .5 7 ± 0 .0 6) C / cen tu ry

(0.020 ± 0.001) C/century

Te

mp

era

ture

an

om

aly

(°C

)

Year

Year ly data (M ann et. a l., 1999)

40 point FFT S m oothing

Linear fi t

Variación temporal de la Temperatura ambiente. Evolución en el

último milenio de la temperatura ambiente en el Hemisferio Norte. Se observa

el cambio brusco en la pendiente hacia el final del siglo 19 (por lo que se suele

llamar a esta gráfica hockey stick curve) (*).

- La gráfica de la derecha es una reconstrucción basada en diferentes series

de datos (**)

(*) Tratamiento estadístico con Fast Fourier Transform por Piacentini y Mujumdar (2009) a partir de los

datos recopilados por (Mann and Jones, 1999).

(**) Weart S. The discovery of climate change. American Institute of Physics, June 2007. Libro disponible

sin cargo en: http://www.aip.org/history/climate/xmillenia.htm

Greenhouse gases Ozone depleting gases

Stratospheric temperature decrease

Stratospheric water vapour increase

Change in dissolved organic matter (in water)

Changes in ice and snow cover

Changes in atmospheric circulation

Reduction in primary production

Changes in air quality (aerosols)

Climate

change

Ozone depletion and UV-B increase

Changes in DMS influence cloud albedo

Chemical transformations

Reactive species (chlorine etc.)

and transport

Increased ozone depleting chemicals

Solar variability and volcanoes

Changes in air quality (ozone)

Fuente: UNEP Assessment 2002

Interacción entre

cambio climático y

destrucción del

ozono

Influencia de la radiación solar y la

temperatura sobre los océanos y el

ecosistema marino

Ozono (O3)

Distribución en altura

(capa de ozono) >

< Distribución en la

superficie terrestre

(TOMS/NASA)

Evolución del oxígeno y del ozono

atmosféricos

Variación del Ozono en las últimas décadas sobre distintas regiones de la Tierra

Agujero de ozono antártico (austral)

Comportamiento pasado y

proyectado hacia el futuro

del ozono en el mundo (60º

N-60º S) y en la Antártida

www.al.noaa.gov/WWWHD/Pubdocs/assessment02.html

Fuentes que dañan la capa protectora de ozono

Principal contaminante:

clorofluorocarbono (CFC)

CFCl3

www.al.noaa.gov/WWWHD/Pubdocs/assessment02.html

Efectos biológicos

de la radiación

solar UV y del

calentamiento

global

dBtFtIerit )(),()(

)(40 tIIUV erit

Indice UV

Un

ida

de

s r

ela

tiva

s

Longitud de onda [nm]

Ozono

Pielhumana

National Geographic, Nov. 2002

Irradiancia UV de acción biológica eritémica(de enrojecimiento de la piel)

fotones UVC

Madronich y Flocke,1997

UVB UVA

Cambio climático, radiación

solar UV y cáncer de piel en

humanos (*)

(*) Jan C. van der Leun, Rubén D. Piacentini and Frank R. de Gruijl. Climate change and

human skin cancer. Photochemical and Photobiological Science, 2008.

BCC: Cáncer

baso –celular

SCC: Cáncer

espino-celular

Medición del riesgo solar en

Argentina en las estaciones del

Servicio Meteorológico Nacional

< La estación 4 ubicada en el

Observatorio Astronómico de Rosario

opera bajo la responsabilidad del Grupo

de Energía Solar/IFIR

0

4

8

12

16

20

UV

IN

DE

X

STATION 1 2

MEDIAN

5-95% RANGE

16-84% RANGE

0

4

8

12

UV

IN

DE

X4 5

0

4

8

UV

IN

DE

X

6 7

0

4

8

UV

IN

DE

X

J F M A M J J A S O N D

8J F M A M J J A S O N D

9

Colaboración

IFIR/SMN/WMO/

U Innsbruck, Austria/

F Cáncer de Piel

Cede et al, 2002

Indice UV medido con biómetros

en las estaciones anteriores del

Servicio Meteorológico

Nacional

La Quiaca

Pilar,Cba.

Rosario Bs Aires

C. Rivad. S. Julián

Ushuaia Marambio

Irradiancia solar de 305 nm medida en INGEBI, Buenos Aires

< Mediciones

< Modelización teórica mediante la ecuación de transferenciaradiativa

Micheletti y colaboradores, 2002

Indice ultravioleta solar para cielo despejado y con nubosidad

Pronóstico: Servicio Meteorológico Nacional (www.smn.gov.ar Pronósticos y alertas Intensidad de radiación solar ultravioleta)

Método desarrollado por Piacentini y colaboradores (IFIR)

• Ayudemos a reducir el calentamiento global

con ahorro energético, de materiales y con el

empleo de fuentes de energía renovables

(solar, eólica, hidrógeno, etc)

• Cuidemos la capa de ozono, no usando

productos que la destruyen: freones en

sistemas de refrigeración, etc y halones en

control de plagas (bromuro de metilo), etc.