No toda la radiación proveniente del sol y del espacio exterior llega hasta la superficie terrestre de manera inalterada. De hecho menos de una tercera parte lo hace. En ello la atmósfera terrestre juega un papel fundamental, al funcionar como un filtro que tamiza buena parte de esa radiación e incluso como un escudo protector contra las radiaciones que resultan más peligrosas para los seres vivos.

Para entender la forma en que la atmósfera interactúa con la radiación exterior podemos establecer dos grandes aproximaciones. La primera y más simple considera las cantidades proporcionales de radiación que es reflejada, absorbida, y dispersada por la atmósfera, mientras que la segunda, más compleja, describe los cambios en la distribución espectral de la radiación solar provocados por los diferentes componentes de la atmósfera.

Sin embargo una comprensión más amplia de la incidencia de la radiación solar sobre la superficie terrestre implica considerar las variaciones en su intensidad debidas a la ubicación geográfica, la fecha y el momento del día. Incluso, desde un punto de vista arquitectónico, resulta importante comprender cómo la intensidad de la radiación solar sobre un plano (una cubierta, por ejemplo) dependerá en gran medida del ángulo entre dicho plano y la dirección de los rayos solares. En los siguientes párrafos trataremos de describir estos aspectos.

Balance térmico y cantidades proporcionales de radiación solar

En términos generales y en el largo plazo, el intercambio de energía entre el Sol y la Tierra presenta un estado de balance térmico, lo cual quiere decir que las cantidades globales de energía que ésta última recibe tienden a ser equivalentes a las que emite. Si ese balance térmico se rompiera, dando lugar a un desequilibrio prolongado, la Tierra se enfriaría o calentaría paulatinamente hasta volverse inhabitable (de hecho es lo que muchos científicos asumen que está sucediendo actualmente, aunque de manera relativamente moderada, dando lugar a fenómenos como el calentamiento global).

La parte superior de la atmósfera recibe una cantidad de energía solar equivalente a 1,367 W/m2, parámetro que se conoce como insolación o constante solar. Sin embargo, debido a que en un momento dado solo la mitad de la esfera terrestre se encuentra expuesta a la radiación solar, ese valor suele dividirse entre 4 para obtener una radiación incidente promedio de 342 W/m2. Esa energía se distribuye de la siguiente manera, también en valores promedio:

• 77 W/m2 (22%) es reflejada de nuevo al espacio por la atmósfera.
• 67 W/m2 (20%) es absorbida por la atmósfera.
• 198 W/m2 (58%) atraviesa la atmósfera y llega a la superficie terrestre, aproximadamente la mitad (29%) como radiación difusa (por efecto de la misma atmósfera) y la otra mitad (29%) como radiación directa (que atraviesa la atmósfera prácticamente sin interferencia).

Ahora bien, de los 198 W/m2 que llegan a la superficie terrestre, tanto en forma de radiación difusa como directa, 30 W/m2 (9%) son reflejados y 168 W/m2 (49%) son absorbidos por la misma. Con estos últimos datos podemos completar el balance térmico global, que se expresaría con la siguiente ecuación:

342 W/m2 (radiación incidente) – 77 W/m2 (radiación reflejada por la atmósfera) – 67 W/m2 (radiación absorbida por la atmósfera) – 30 W/m2 (radiación reflejada por la superficie terrestre) – 168 W/m2 (radiación absorbida por la superficie terrestre) = 0

Como se ha mencionado, este planteamiento implica el manejo de promedios globales, lo cual representa una simplificación de los fenómenos involucrados. En realidad estos valores suelen presentar variaciones importantes. Por ejemplo, en las partes de la Tierra cuyo cielo se encuentra cubierto de nubes densas la reflexión hacia el espacio es mayor al 22%. Así mismo, la radiación reflejada por la superficie terrestre (sin contar los océanos) varía en gran medida dependiendo de sus características particulares: las superficies con vegetación profusa solo reflejan entre el 5% y el 10% de la radiación recibida, las superficies con pasto entre el 15% y el 25%, las zonas arenosas (como los desiertos) entre el 35% y el 45%, y las superficies cubiertas de nieve reciente hasta el 95%.

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