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Radiación

¿Qué es la radiación? ¿Qué tipos de radiación hay?

La radiación es la propagación de partículas u ondas. En meteorología, se hace una distinción entre radiación solar de onda corta y radiación terrestre de onda larga. Cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la energía transportada. La luz visible es parte de la radiación de onda corta. Ejemplos de radiación de onda larga son radiación infrarroja o térmica o radio y microondas. En la Figura 1, la radiación solar de onda corta se muestra en amarillo y la radiación terrestre de onda larga en rojo.

Figure 1: Overview on irradiation on earth

La radiación se diferencia en:

  • Radiación global (onda corta hacia abajo (KW ↓))
  • Radiación directa y difusa (dispersa)
  • Reflexión de la radiación de onda corta (onda corta hacia arriba (KW ↑))
  • Radiación terrestre (Onda larga hacia arriba (LW ↑)
  • Contra radiación atmosférica (onda larga hacia abajo (LW ↓)) (también llamado efecto "greenhouse")

En relación con la radiación de onda corta, también hay algunas definiciones importantes:

Radiación global (GHI): Radiación global se refiere a toda la radiación de onda corta que golpea la superficie (horizontal) de la tierra. Esto se puede dividir en sus componentes: radiación directa y difundida.

Radiación difusa (DIF): Aquí, solo la luz difusa del cielo se mide con un piranómetro, que cubre el sol con un proyector de sombras.

Radiación directa (DIR): Radiación horizontal directa generalmente no se mide, sino que se calcula a partir de la radiación difusa y global.

Irradiación normal directa (DNI): Radiación normal directa se refiere a la radiación que golpea el instrumento en ángulos rectos, es decir, la radiación directa sobre una superficie perpendicular a la posición del sol. Esta radiación se mide con un pirheliómetro y puede ser un múltiplo de la radiación directa sobre una superficie horizontal, especialmente cuando el sol es poco profundo (ver instrumentos de medición).

¿Cómo se mide la radiación?

La radiación se mide en unidades de vatios por metro cuadrado (W/m2). Para este propósito, se usa una llamada termopila en la mayoría de los instrumentos de medición. Consiste en un material negro y conductor que absorbe toda la radiación incidente y la convierte en calor. Cuanta más radiación golpea la termopila negra, más caliente se pone. El material utilizado también debe tener una conductividad proporcional a la temperatura. Por lo tanto, la radiación total se puede determinar a partir de la diferencia de voltaje al valor 0. El principio es similar al de un termómetro eléctrico.

¿Cómo se debe instalar un dispositivo de medición de radiación?

Para todos los medidores que miden la radiación, lo más importante es que el cielo no se oscurece en ninguna dirección. Los dispositivos deben colocarse de forma que tengan una línea directa al sol en todo momento del día y todas las estaciones, de modo que la radiación pueda golpear los instrumentos de medición sin ningún cambio, es decir, el sensor nunca se sombreará todo el año. Además, se debe tener cuidado para asegurar que no haya paredes/objetos brillantes o acristalados en las inmediaciones, ya que estos reflejan la luz (es decir, la radiación) y pueden falsear la medición.

Dificultades con las mediciones de radiación

Figure 2: Pyranometer

En lugares con mucha nieve, directamente en el mar o cerca de frentes de edificios acristalados, los reflejos pueden influir de manera radical en las mediciones de radiación. La fundición a la sombra también suele ser una fuente importante de error cerca de la medición de mástiles o edificios.

El mayor problema con las mediciones de radiación es la contaminación de los sensores por polvo u otras partículas. Dado que los sensores son muy sensibles e incluso la suciedad más pequeña puede absorber o reflejar la radiación, el resultado de la medición se distorsiona fuertemente. Por lo tanto, los dispositivos son muy intensivos en mantenimiento, ya que deben limpiarse manualmente de forma regular.

¿Qué instrumentos de medición se utilizan para qué tipo de radiación?

Radiación de onda corta (ambas ↑ y ↓, directas y difusas):

  • Piranómetro: Mide toda la radiación de onda corta en una superficie horizontal. Usualmente se usan dos dispositivos, uno para la radiación global y el otro para el albedo (reflejo en la superficie de la tierra).

Figure 3: Pyrheliometer

SW ↓ directa:

  • Pirheliómetro: Pirheliómetro está instalado en un rastreador solar y siempre sigue la posición del Sol, por lo que solo captura la radiación normal directa (siempre en ángulo recto con respecto al Sol).

SW ↓ difusa:

  • Piranómetro con un proyector de sombras. El proyector Shadow también está conectado a un Sun Tracker y está siempre directamente entre el sol y la termopila. Por lo tanto, ninguna radiación directa, sino solo difusa puede alcanzar el medidor.

Radiación de onda larga (ambas ↑ y ↓):

  • Pirgeómetro: Mide toda la radiación de onda larga en una superficie horizontal. Aquí, también, se usan dos dispositivos, uno para la radiación de la tierra y otro para el reflejo de esta radiación a través de la atmósfera (efecto "greenhouse").

La combinación de 2 piranómetros y 2 pirgeómetros se llama pirradiómetro. Esto mide la radiación completa de onda corta y larga y, por lo tanto, todo el balance de radiación.

Figure 4: Weather station in Davos

El Servicio Meteorológico Nacional de Suiza, así como una gran parte de la BSRN (Baseline Solar Radiation Network) utilizan piranómetros y pirgeómetros de Kipp y Zonen para mediciones de radiación, que se instalan horizontalmente y miden la radiación global y la radiación terrestre.

Debido al uso creciente de sistemas de energía solar, sensores cada vez más favorables como, por ejemplo, celdas de referencia fotovoltaicas son disponibles y bastante generalizadas. Sin embargo, debido a la falta de calidad, estos son bastante inadecuados para su uso con fines meteorológicos.

¿Cuántas estaciones de medición hay?

MeteoSwiss opera 133 estaciones meteorológicas automáticas que miden la radiación. A nivel mundial, está el BSRN, que opera 68 estaciones de medición de calidad controlada en todo el mundo y recopila y procesa los datos. Estas estaciones se seleccionaron porque representan la región en la que están espacialmente muy bien y han demostrado cumplir con altos estándares de calidad. En comparación con otros parámetros meteorológicos, hay muchas menos estaciones de medición porque los sensores son muy caros y la operación requiere una gran cantidad de personal, lo que significa que muchos datos de medición tampoco son confiables.

meteoblue utiliza datos de alrededor de 200 estaciones de medición distribuidas en todo el mundo con fines de validación y calibración.