Evaluación del impacto de los aerosoles y las nubes sobre la radiación fotosintéticamente activa (par) en la ciudad de granada

Résumé

Esta Tesis Doctoral tiene como objetivo principal evaluar el efecto de las partículas de aerosol y las nubes sobre la radiación fotosintéticamente activa (PAR). Para ello, este trabajo analiza una serie de 11 años (2008-2018) de datos experimentales de radiación PAR registrados en la sede del Instituto Interuniversitario de Investigación del Sistema Tierra de Andalucía (IISTA-CEAMA) en la ciudad de Granada. Dada su localización y su característica orografía, Granada se ve afectada por una gran diversidad de partículas de aerosol y nubosidad muy variable, haciendo de ella la localización óptima para este estudio. La radiación PAR juega un papel vital sobre los ecosistemas, además de ejercer un papel fundamental sobre procesos ecológicos y biogeoquímicos. En particular, su componente difusa adquiere gran importancia en la eficiencia de uso de la luz (LUE) por parte de las plantas en el proceso de fotosíntesis, siendo las situaciones con altas cargas de partículas de aerosol y/o nubosidad las más favorables para el desarrollo de la componente difusa. Sin embargo, a pesar de su importancia, existen muy pocos estudios que aborden el estudio de la interacción radiación-aerosol y radiación-nubes en el rango PAR del espectro solar. Uno de los principales motivos para ello es la escasez de estaciones para la medida de radiación PAR y, en especial, para su componente difusa. Es por ello que la base de datos generada a lo largo de esta Tesis Doctoral supone una de sus principales contribuciones. Así, además de la serie de 11 años de medidas de radiación PAR global, este estudio ha contado con el mismo periodo de medidas experimentales de radiación global Total y espesor óptico de aerosoles, AOD a 500 nm, así como con datos del reanálisis ERA5 para la caracterización de la nubosidad. Además, esta Tesis Doctoral ha generado/reconstruido una serie simultánea de 11 años de radiación PAR difusa. Para la obtención de la radiación PAR difusa, se han evaluado y analizado cinco modelos para la relación entre la fracción difusa en el rango PAR (kPAR) y el índice de claridad para dicho rango (kt,PAR). Para este estudio se ha utilizado una base de datos adicional compuesta de dos años (1994-1995) de medidas simultáneas de radiación global y difusa PAR y radiación difusa Total, El modelo con mejores resultados ha sido la adaptación del modelo propuesto por Foyo-Moreno et al. (2018), el cuál requiere de medidas de radiación difusa Total. En ausencia de estas medidas, esta Tesis Doctoral propone la aplicación de dos modelos, un nuevo modelo originalmente propuesto en esta Tesis Doctoral y una adaptación del modelo de Ridley et al., (2010) al intervalo espectral PAR. Estos modelos sólo requieren de valores de radiación PAR global y factores de geometría solar estimados a partir de la fecha y hora de la medida. En esta Tesis se ha usado el modelo de Ridley et al. (2010) para la estimación de la componente difusa de la radiación PAR. En la caracterización de la radiación PAR y en su componente difusa, se ha encontrado que la variabilidad de ambas es mayor en condiciones de cielo despejado que en las de todo tipo de cielo, en concreto, para PAR fue de menos del 6% para todo tipo de cielos y de hasta el 20% para cielos despejados, mientras que para la componente difusa fue de hasta el 13% en todo tipo de cielos y hasta un 20% en cielos despejados. Esta mayor variabilidad en las medidas de PAR para cielos despejados se ha asociado a la gran cantidad de intrusiones de polvo sahariano sobre la Península Ibérica. Se ha encontrado una clara dependencia de kPAR con kt y con la cobertura total de nubes (TCC). La relación logística encontrada entre kPAR y kt es similar a la existente entre kPAR y kt,PAR y la relación hallada entre kPAR y TCC fue de tipo lineal con una pendiente de 0.47 ± 0.03 con un r2 de 0.95 y un p-valor < 0.001. Respecto al efecto radiativo de las nubes sobre la radiación PAR, se obtuvo un valor promedio para todo el período de estudio de -36 ± 14 Wm-2 y para la componente difusa el valor fue de +7 ± 5 Wm-2 encontrándose un patrón estacional para la radiación PAR con dos máximos en primavera y otoño y valores mínimos en verano e invierno. Respecto al efecto de las partículas de aerosol sobre la radiación, se ha obtenido para la eficiencia del forzamiento (AFE) para la PAR, valores entre −12±9 Wm−2−1 y −198±18 Wm−2−1 y para la Total entre −9±24 Wm−2−1 y −450±50 Wm−2−1. Los valores de forzamiento radiativo (ARF) para la PAR oscilaron entre −1 ± 1 Wm−2 y −23 ± 14 Wm−2 y para la Total entre −1 ± 2 Wm−2 y −40 ± 30 Wm−2. También se ha evidenciado una tendencia decreciente para el AFE sobre la radiación PAR,con una pendiente de 2.7 Wm-2τ-1año-1 significativa (p < 0.05), lo que evidencia una reducción del efecto de enfriamiento de las partículas de aerosol. Sin embargo, para el caso de la radiación Total, no ha sido hallada una tendencia significativa, lo que evidencia que la radiación PAR es más sensible que la Total a los efectos de las partículas de aerosol.