ANÁLISIS DE RADIACIÓN - Meteorología General

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y METEOROLOGÍA
CURSO: METEOROLOGÍA GENERAL
PROFESOR: Julio César Chapoñan Sandoval
HORARIO: Grupo D*
INTEGRANTES:
● Rosa María Custodio Jaimes
● José Miguel Rojas Espinoza
● Willian Hidalgo del Castillo
● Elvis Medina
LA MOLINA
LIMA, PERÚ
2021
1. INTRODUCCIÓN
Los procesos de absorción, reflexión y transmisión que sufre la radiación solar al
recorrer la masa atmosférica hacen que esta llegue a la superficie con menor
intensidad como radiación solar directa (Q) y radiación difusa (q), que es la que
finalmente estudiamos y analizamos. La suma de estas es la radiación incidente,
importante para las actividades humanas y mucho más para la vida en el planeta.
Conocer sus tendencias y su relación con otras variables como el tiempo, nos
ayudan a entender y explicar sucesos y fenómenos atmosféricos.
En el presente informe se analizará la variación horaria y anual de la radiación con
datos de distintas estaciones meteorológicas, así como la variación horaria de la
salida del Sol en el hemisferio Sur y Norte, con ejemplos particulares. Para esto
utilizamos distintos softwares de programación (Phyton y R), además del Excel para
gráficas particulares.
2. OBJETIVOS
● Analizar los factores que determinan la variación horaria de la radiación solar
incidente.
● Explicar la tendencia de la variación de la radiación solar en el transcurso de los
años, tomando como referencia los meses de enero y julio.
● Conocer la relación entre la hora de salida del sol, la latitud y la estación en que se
encuentra el lugar.
3. METODOLOGÍA
a) Variación horaria de la radiación solar (Q + q)i
Con los datos de la tabla 5.2, elaboramos un meteorograma de (Q + q)i en el eje Y
versus tiempo en horas en el eje X. Se utilizó el software de programación R, con el
que graficamos la variación horaria de la radiación incidente para un día de verano y
para un día de invierno.
b) Variación Multianual de la Radiación Solar
Con los datos presentados en la tabla 5.4, se construyó un gráfico de radiación solar
(Q+q)i vs tiempo (años) en el software de programación R. Se tomaron los datos de
dos meses representativos (enero y julio) para observar cómo evolucionó la
radiación del verano e invierno a lo largo de los años.
c) Hora de salida del Sol para el Hemisferio Sur y Norte.
Se utilizó el código de Phyton facilitado por el docente de clase, con el que ajustando
la latitud para el hemisferio sur y el hemisferio norte, obtuvimos la variación de la
hora de salida del sol para ambos hemisferios. Además, con ayuda de Excel
creamos gráficas de la variación anual de la salida del sol para dos ciudades de
distinto hemisferio (Lima y Berlín), con el fin de sustentar las primeras.
4. RESULTADOS
Cuadro 1: Valores máximos y mínimos de la radiación solar horaria
Estación
Verano Invierno
(Q + q)máx = 697.3 (Q + q)mín = 0.3 (Q + q)máx = 474.5 (Q + q)mín = 0
Hora: 13:00 Hora: 6:00 Hora: 14:00 Hora: 6:00 y 19:00
Imagen 1. Variación horaria de la radiación solar para un día de verano y un día de invierno.
Imagen 2. Variación Multianual de la radiación solar para Enero y Julio (1969-1982)
Imagen 3. Hora de Salida del Sol en el Hemisferio Sur según la latitud.
Imagen 4. Hora de Salida del Sol en Lima (12°04'S) durante el 2020.
Imagen 5. Hora de Salida del Sol en el Hemisferio Norte según la latitud.
Imagen 6. Hora de salida del sol en Berlín (52°31′N) durante el año 2020
5. DISCUSIÓN
5.1. Para el punto a:
La Imagen 1 muestra una evidente diferencia en la variación horaria de la radiación
solar para los días de cada mes. Si bien ambos días de cada mes presentan una
tendencia creciente, el día de enero mantiene esa tendencia hasta las 13 horas,
habiendo salido el sol más temprano, mientras el día de julio la tiene hasta las 14
horas, pero habiendo salido el sol más tarde. Al ser un mes de verano en el
hemisferio sur, enero presenta mucha mayor radiación con respecto al mes de julio,
un mes de invierno. De esto podemos darnos cuenta al comparar sus picos
máximos. El día de enero presenta un pico máximo de 697.3 W/m² mientras el día
de julio alcanza solo 474.5 W/m². Uno de los factores para las marcadas diferencias
en su variación horaria es el solsticio de verano cercano a enero y el solsticio de
invierno cercano a julio.
5.2 Para el punto b:
La Imagen 2 muestra dos tendencias distintas para los meses elegidos como
representativos de las estaciones de verano e invierno, enero y julio
respectivamente.
Desde el año 1969, la tendencia que sigue la radiación en enero es creciente hasta
que se ve interrumpida en 1971, desde este año hasta 1974 todos los meses de
enero presentaron una disminución notable de la radiación solar, lo que hace
suponer que los veranos en ese periodo de tiempo en la localidad de Huayao fueron
disminuyendo de temperatura. Desde 1974 en adelante la tendencia de la radiación
durante los meses de enero fue creciente, los veranos más cálidos.
La radiación de los meses de julio, en cambio, registraron desde 1969 hasta 1977,
tendencia decreciente. Esta información obtenida de la Estación Huayao de Junín
puede explicar en parte por qué en el invierno de 1977 la Estación Imata de
Arequipa registró su temperatura más baja (-23°). Desde este año hasta 1982, los
meses de julio presentaron una tendencia creciente.
5.3 Para el punto c:
La Imagen 3 y la Imagen 5 nos muestran las distintas horas de salida del sol para
cada hemisferio en la latitud correspondiente.
Para el hemisferio sur podemos notar cómo la tendencia crece conforme avanzan
los meses hasta llegar el invierno, estación en la que empieza a disminuir. También
es evidente cómo a mayor latitud, la hora de salida del sol es más temprana en los
meses cálidos, porque en los meses fríos a mayor latitud, la hora de salida del sol es
más tardía. Para demostrar mejor esta tendencia, en la Imagen 4 colocamos la
gráfica de la hora de salida del sol en Lima durante todo el año 2020. Lima está
ubicada en la latitud 12° Sur y el registro de la hora de salida del sol concuerda con
la tendencia. Desde diciembre la tendencia es creciente por el solsticio de verano,
los días empiezan entre las 5:30 a 6 de la mañana. Durante el otoño e invierno el sol
sale entre las 6 y 6:30 de la mañana, y para primavera la hora de salida del sol
disminuye nuevamente.
Para el hemisferio norte la tendencia decrece conforme avanzan los meses hasta
llegar el invierno, estación en la que empieza a crecer. A mayor latitud, la hora de
salida del sol es más tardía en los meses fríos, porque en los meses cálidos a mayor
latitud, la hora de salida del sol es más temprana. Para demostrar mejor esta
tendencia, en la Imagen 6 colocamos la gráfica de la hora de salida del sol en Berlín
durante todo el año 2020. Berlín está ubicada en la latitud 52° Norte y el registro de
la hora de salida del sol concuerda con la tendencia. Ya que la latitud es mayor, la
variación en la hora de salida del sol es también mayor (el rango es de 4:48 a.m -
8:24 a.m.). De enero a junio se reduce la hora de salida del sol, y de julio a
diciembre la tendencia es creciente.
En el ecuador, la hora de salida del sol se mantiene invariable.
6. CONCLUSIONES
● El solsticio de verano en diciembre y el solsticio de invierno en junio en el hemisferio
sur son dos factores importantes a considerar en la variación de radiación solar.
● La tendencia de la variación de radiación solar en los meses de enero desde 1969 a
1982 es irregular, periodo posiblemente marcado por eventos meteorológicos. El
verano de 1974 fue tal vez el menos cálido en mucho tiempo.
● La tendencia de la variación de radiación solar en los meses de julio desde 1969 a
1977 es decreciente, coincidiendo su pico más bajo con el registro más bajo de
temperatura de una Estación de su Red Meteorológica.
● A mayor latitud, la hora de salida del sol es más temprana en los meses cálidos. En
los meses fríos, a mayor latitud, la hora de salida del sol es más tardía.
ANEXO
Tabla5.2 Radiación solar (Q + q)i horaria (W/m²) - Estación La Molina - Año: 2008
Hora 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Enero 0.3 29.8 115.1 256.3 394.7 535 636.3 697.3 660.6 526.5 351.6 201 85.7 16.1
Julio 0 2.5 31.6 84.9 148.2 234.4 345.9 449.5 474.5 412.2 299.3 150.3 32.5 0
Tabla 5.4: Radiación solar (ly/día) recibida en superficie - Estación Huayao