Caracterización de las propiedades radiativas y microfísicas del aerosol atmosférico en la campaña veleta 2002

Resumen

En las últimas décadas se observa una preocupación generalizada acerca del clima y de la posible influencia que pueda estar ejerciendo la actividad antropogénica. Cualquier factor capaz de alterar el balance de energía sobre la Tierra afectará al clima. El cambio en el balance de energía (forzamiento) producido por un agente puede ser positivo (calentamiento de la superficie y de la baja atmósfera) o negativo (enfriamiento). Las partículas del aerosol atmosférico, naturales o antropogénicas, afectan el clima directamente al interaccionar con la radiación solar y terrestre, e indirectamente mediante su efecto en la microfísica de nubes, el albedo y la precipitación. No obstante, existe un elevado grado de incertidumbre acerca de la magnitud del forzamiento debido al aerosol atmosférico. Además, el forzamiento radiativo del aerosol atmosférico depende de su distribución espacial y temporal, de la forma de sus partículas, su distribución de tamaño y su composición química. En este sentido, se necesita un mayor conocimiento experimental de las características radiativas de las diferentes mezclas de partículas que pueden presentarse en un lugar y en un instante dado. A partir de estos supuestos, el objetivo principal de este trabajo ha sido la caracterización de las propiedades efectivas del aerosol en la columna atmosférica en el entorno del macizo de Sierra Nevada (Granada), región que presenta una orografía compleja. Para abordar este estudio hemos tenido en cuenta las distintas masas de aire que pueden llegar a esta región y las medidas fotométricas llevadas a cabo en varias localidades con características bien diferenciadas (campaña internacional VELETA 2002). Durante el periodo de medidas el área de estudio estuvo influenciada por fuentes de partículas procedentes del Atlántico, de Europa, del Norte de África, así como procedentes de fuentes locales. En la campaña se registró la radiancia del cielo y la irradiancia solar directa en bandas espectrales en las que la influencia de la absorción gaseosa es mínima. Las medidas experimentales se han elaborado de modo apropiado y, mediante el uso de un código de inversión de la Ecuación de Transporte Radiativo (ETR), se han obtenido los parámetros efectivos de interés. En el Capítulo II se presenta una revisión de los conceptos fundamentales utilizados en el trabajo. Se han cubierto aspectos relativos a las partículas que componen el aerosol atmosférico y a la transferencia radiativa en la atmósfera, aunque nuestro interés radica principalmente en aquellos aspectos del transporte radiativo en los que el aerosol atmosférico juega un papel fundamental. En el Capítulo III se ha realizado un estudio exhaustivo del instrumento de medida utilizado: el radiómetro CIMEL CE-318. Tras presentar sus características analizamos con detalle los procedimientos de calibración que periódicamente se han realizado, así como las intercomparaciones entre los distintos instrumentos instalados en las estaciones de medida. Esta tarea resulta fundamental a la hora de obtener medidas fiables. Los resultados han puesto de manifiesto el gran interés de Sierra Nevada para la calibración de radiómetros solares por el método Langley, siendo este método suficiente para obtener un buen resultado de las constantes de calibración para la medida de la irradiancia solar. Por otro lado se muestra que la metodología de calibración utilizada, tanto en radiancias como en irradiancias, es consistente si la comparamos con los resultados obtenidos por la red AERONET. Además, la campaña de intercomparación realizada ha mostrado la bondad de la técnica de transferencia de calibrado. En el Capítulo IV se han abordado los aspectos metodológicos, comenzando con la descripción de los procedimientos utilizados para la obtención de la profundidad óptica del aerosol, parámetro este que ha permitido un estudio sistemático de la base de datos. También se ha analizado el problema de inversión de la Ecuación de Transporte Radiativo (ETR) y las características particulares del esquema empleado en nuestro trabajo: configuraciones de medida del almucantar y del plano principal, fiabilidad del método y justificación de la conveniencia de llevar a cabo medidas con ángulos de dispersión grandes. En este capítulo se pone también de manifiesto que los resultados obtenidos con ambas configuraciones de medida son similares, lo cual nos permite hacer un seguimiento de las propiedades efectivas microfísicas y radiativas del aerosol atmosférico a lo largo del día. El Capítulo V se centra en el estudio de la variabilidad de las propiedades del aerosol en la columna atmosférica durante la campana experimental VELETA 2002, ayudándonos para su interpretación de los resultados obtenidos con otras técnicas de observación. Este análisis ha permitido dividir las condiciones atmosféricas de la campaña en cuatro periodos diferentes asociados a la procedencia de las masas de aire. Los resultados han puesto de manifiesto el carácter absorbente del aerosol atmosférico en la estación de Armilla y la acción ¿barrera¿ que produce el macizo de Sierra Nevada. Los análisis de las correlaciones entre los distintos parámetros han permitido establecer ecuaciones paramétricas que podrían utilizarse como parámetros de entrada en los modelos climáticos. En el Capítulo VI se lleva a cabo un estudio del forzamiento radiativo producido por el aerosol atmosférico presente en la campaña, tanto en la superficie terrestre como en el tope de la atmósfera, comparando además los resultados con los obtenidos por otros autores. Los resultados han puesto de manifiesto la importancia del aerosol local sobre las estimaciones del forzamiento radiativo, encontrando grandes diferencias en estaciones próximas bajo masas de aire con el mismo origen. En el Capítulo VII se resumen las conclusiones y en el Capítulo VIII se presenta un listado de los símbolos utilizados en la memoria. Finalmente, en los Capítulos IX y X se incluye la bibliografía utilizada y se muestran los resultados ya publicados tanto en revistas como en congresos nacionales e internacionales.