Temperatura de suelo y del aire

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Texto completo

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Temperatura de suelo y del aire

Objetivos:

- Conocer la importancia meteorológica y agrometeorológica de la T del suelo y el aire. - Comprender la forma de transmisión de calor en el suelo y en el aire

(2)

TEMPERATURA DEL SUELO

Meteorologia:

Fuente de calor para

Agrometeorologia:

Plantas

Microorganismos Fuente de calor para la T del aire

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EFECTOS BIOLOGICOS

FENOLOGICOS:

Temperatura cardinales de germinación

Duración del periodo siembra - nacimiento

T mínima T óptima T máxima

Cebolla 1,6 24 35

Tomate 10 29 35

Duración del periodo siembra - nacimiento

Fuente: Microclimate. The biological environment (Rosemberg, Blad & Verma, 1983)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Cebolla 136 31 13 7 5 4 4 13 NG

Tomate NG NG 43 14 8 6 6 9 NG

CRECIMIENTO DE RAICES Y TUBERCULOS

PAPA: Óptima: 17 °C Máxima: 27°C

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EFECTOS SOBRE LA ACTIVIDAD BACTERIANA Se activan con temperatura > 7°C

Producción de NO3 7 °C --- 0,9 kg.ha-1 26°C --- 3,4 kg.ha-1 EFECTOS BIOLOGICOS 26°C --- 3,4 kg.ha 34°C --- 9,4 kg.ha-1 44°C --- 2,1 kg.ha-1

Disponibilidad del agua en el suelo: no disponible

con T < 1 ºC

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Efectos sobre la actividad de hongos fitopatógenos

MARCHITAMIENTO DEL LINO Y TOMATE

Infección máxima --- 24 – 28 °C

Infección nula --- > 38 °C

Infección nula --- < 14 °C

CARBON HEDIONDO DEL TRIGO

inhibe infección --- < 5 °C Óptima --- 15 – 20 °C Inhibe infección --- > 22 °C

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TEMPERATURA DEL SUELO

Transmisión de calor:

Conducción molecular (95 %) Movimientos verticales

Movimiento del calor depende de 3 constantes físicas:

Calor específico o capacidad calórica (Ce) Conductibilidad calórica (λ)

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Constantes físicas del suelo

Calor específico (Ce) o capacidad calórica (CC)

Cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de una cierta cantidad de sustancia

δ

δ real:real: masa de una unidad de volumen de partículas sólidas [g.cmmasa de una unidad de volumen de partículas sólidas [g.cm33] ]

(medida uniendo las partículas sólidas del suelo) (medida uniendo las partículas sólidas del suelo)

Calor específico (Ce) o capacidad calórica (CC)

Cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de una cierta cantidad de sustancia

δ

δ real:real: masa de una unidad de volumen de partículas sólidas [g.cmmasa de una unidad de volumen de partículas sólidas [g.cm33] ]

(medida uniendo las partículas sólidas del suelo) (medida uniendo las partículas sólidas del suelo)

El suelo puede cambiar su relación entre peso y volumen (densidad)

Ejemplo: valor promedio 2,65 g.cm Ejemplo: valor promedio 2,65 g.cm--33

δ

δ aparente : aparente : masa de una unidad de suelo seco, sin compactarmasa de una unidad de suelo seco, sin compactar (la muestra conserva sus espacios porosos)

(la muestra conserva sus espacios porosos)

Ejemplo: suelo no cultivado 1 a 1,6 g.cm Ejemplo: suelo no cultivado 1 a 1,6 g.cm--33

Ceg(gravimétrico) : la unidad es la masa de la sustancia [cal . g-1. ºC-1]

Cev (volumétrico): la unidad es el volumen de la sustancia [cal . cm-3. ºC-1]

Ejemplo: valor promedio 2,65 g.cm Ejemplo: valor promedio 2,65 g.cm--33

δ

δ aparente : aparente : masa de una unidad de suelo seco, sin compactarmasa de una unidad de suelo seco, sin compactar (la muestra conserva sus espacios porosos)

(la muestra conserva sus espacios porosos)

Ejemplo: suelo no cultivado 1 a 1,6 g.cm Ejemplo: suelo no cultivado 1 a 1,6 g.cm--33

Ceg(gravimétrico) : la unidad es la masa de la sustancia [cal . g-1. ºC-1]

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Sustancia Ceg [cal. g-1.ºC-1] Ce v[cal . cm-3. ºC-1] Minerales 0,18 a 0,23 0,49 a 0,58 Humus 0,45 0,60 Aire 0,24 0,0003 Agua 1 1

Calor específico de distintos componentes del suelo

¿Qué suelo incrementará más rápidamente su temperatura?

Un suelo seco? Un suelo húmedo? Un suelo mineral? Un suelo orgánico?

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Considerando 1 cm3 con la siguiente composición: Componente Volumen [cm3] Cev del componente [cal.cm-3.ºC-1] Cv total [cal.cm-3.ºC-1] Mineral (arena) 0,46 0,49 (0,46 x 0,49) = 0,22 Materia orgánica (humus) 0,10 0,60 (0,10 x 0,60) = 0,06 Agua 0,31 1,0 (0,31 x 1,00) = 0,31

Aire 0,13 0,0003 (0,13 x 0,0003) = muy baja

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CONDUCTIBILIDAD CALORICA O TÉRMICA

(

λ

)

[cal.cm

-1

. seg

-1

.ºC

-1

]

Cantidad de calor capaz de pasar, en una unidad de

tiempo (1 seg), a través de un bloque de sustancia de 1

cm

2

de superficie y de 1 cm de espesor, cuando la

diferencia es de 1ºC y no hay transporte horizontal de

diferencia es de 1ºC y no hay transporte horizontal de

(11)

Coeficiente de conductibilidad térmica de distintos componentes del suelo

Componente [cal.cm-1.seg-1.ºC-1]

Calcáreos 0,0040

Humus 0,0030

Agua 0,0015

Aire 0,00005

¿Qué suelo transmitirá mejor el calor en profundidad?

Un suelo seco? Un suelo húmedo?

¿ Por qué?

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COEFICIENTE DE DIFUSIBILIDAD CALÓRICA

(D)

[cm

-2

. seg

-1

]

Elevación de la temperatura (ºC) de 1 cm

3

de sustancia

por el pasaje de una cantidad de calor equivalente a

su Ce volumétrico

λ

cal.cm

-1

.seg

-1

.ºC

-1

D = --- = --- = cm

2

.seg

-1

(13)

Componente λ [cal.cm-1.seg-1.ºC-1] Cv (Cg*δ) [cal.cm-3.ºC-1] D [cm2.seg-1] Materia mineral 0,0050 0,49 0,010 Humus 0,0030 0,60 0,005 Agua 0,0015 1 0,0015 Aire 0,00005 0,0003 0,16

Coeficiente de difusibilidad calórica de distintos componentes del suelo

Aire 0,00005 0,0003 0,16

Expresa la velocidad de cambio y flujo de temperatura hasta que un material alcanza su equilibrio térmico.

Materiales con mayor D ajustan más rápidamente su temperatura a la del ambiente circundante.

(14)

TEMPERATURA DEL SUELO

FACTORES EXTERNOS:

• Características del suelo

• Cubierta vegetal

• Cubierta vegetal

• Radiación recibida

FACTORES INTERNOS:

(15)

MODIFICACION DE LA TEMPERATURA DEL SUELO

• PRACTICAS CULTURALES:

Laboreo

Incorporación de abonos orgánicos

• CAMBIANDO COLOR DE LA SUPERFICIE:

Materiales inertes, carbón

• TAREAS DE IRRIGACION Y DRENAJE

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TEMPERATURA DEL AIRE

Importancia biológica

•Distribución de especies, formas y estructuras vegetales

•Procesos vitales de crecimiento y desarrollo

•Calidad y cantidad de rendimientos

(17)

TEMPERATURA DEL AIRE

Cultivos

Límites generales: 0° a 50°C

Efectos

A) TEMPERATURA Y CRECIMIENTO Temperaturas cardinales

Bioperiodos térmicos

Temperaturas extremas letales Efectos

diferenciales

Temperaturas extremas letales

B) TEMPERATURA Y DESARROLLO Acción positiva

Acción negativa Termoperiodismo

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TEMPERATURA DEL AIRE

Intercambio de calor suelo - aire

Aire frío baja

5 cm - 2 m Capa de turbulencia:

Viento Advección Célula convectiva h

Capa laminar:

Conducción molecular 0 - 2 mm

2 mm - 5 cm Aire caliente sube

Capa intermedia: Conducción - Convección

5 cm - 2 m Convección - Turbulencia

(19)

Procesos de calentamiento y enfriamiento del aire

(Variación con la altura: gradientes)

altura

Isotermia

Ocurre al atardecer El sol declina

Equilibrio entre aporte de calor al suelo y pérdida desde el suelo

ºC Gradiente

tipo insolación

Ocurre durante el día

Calentamiento del aire por el suelo (conducción) Aire caliente asciende (convección / turbulencia)

Gradiente de inversión

Ocurre durante la noche

El aire en contacto con el suelo se va enfriando

(20)

Inversión térmica

altura

Altura de inversión Gradiente normal ºC Capa de inversión

(21)

Cambios adiabáticos de temperatura

Responsables de cambios de temperatura en capas altas de la atmósfera

(procesos del tiempo)

Ascenso capa de aire Descenso capa de aire Menor presión Expansión Descenso de T Mayor presión Compresión Ascenso de T

Procesos adiabáticos

(22)

Cambios adiabáticos de temperatura

GRADIENTES ADIABÁTICOS

Ascenso/descenso aire seco

(no saturado < 100 % HR)

Gradiente térmico promedio (real) = 6,5 ºC por km (0,65 ºC cada 100 m)

Variación: 1 ºC cada 100 m (gradiente adiabático seco)

Ascenso / descenso aire húmedo

(saturado = 100 % HR)

Valor variable, menor que el gradiente adiabático seco

(gradiente adiabático húmedo) 0,55 ºC cada 100 m

(23)

ɤ

real >

ɤ

adiabático seco

• Partícula a mayor T que el aire que la rodea • Menor densidad

• Tenderá a seguir subiendo

Condiciones de inestabilidad absoluta

Por ejemplo: ɤ real = 1,1 ºC/100 m

ɤ adiabático seco = 1 ºC/100 m ɤ adiabático húmedo = 0,55 ºC/100 m

ɤ

real >

ɤ

adiabático húmedo

ɤs

Condiciones de inestabilidad absoluta

(siempre se darán movimientos verticales de la masa de aire)

25 ºC 23,9 ºC 100m 24 ºC ɤr ɤh = 24,4ºC

(24)

ɤ

real <

ɤ

adiabático seco

24,5 ºC 100m

24 ºC

• Partícula a menor T que el aire que la rodea • Mayor densidad

• Tenderá a descender (aumentando su T) hasta su posición original Condiciones de estabilidad absoluta

ɤ

real <

ɤ

adiabático húmedo

25 ºC 24 ºC Por ejemplo: ɤ real = 0,50 ºC/ 100 m ɤ adiabático seco = 1 ºC/100 m ɤ adiabático húmedo = 0,55 ºC/100 m

(25)

ɤ

real =

ɤ

adiabático seco

24,0 ºC 100m

24 ºC

• Partícula a igual T que el aire que la rodea • Igual densidad

• Permanecerá en la altura que haya alcanzado Condiciones de equilibrio indiferente

ɤ

real =

ɤ

adiabático húmedo

25 ºC

24 ºC

Por ejemplo: ɤ real = 1 ºC/ 100 m

(26)

ɤ

real <

ɤ

adiabático seco

24,2 ºC 100m

ɤ

real >

ɤ

adiabático húmedo

Aire seco:

• Partícula a menor T que el aire que la rodea (más densa)

• Tenderá a descender hasta su posición original

Estable

Aire húmedo:

• Partícula a mayor T que el aire que la rodea (menos densa)

• Tenderá a seguir ascendiendo

Inestable 24,2 ºC 100m 24 ,5ºC 25 ºC 24 ºC Por ejemplo: ɤ real = 0,8 ºC/ 100 m ɤ adiabático seco = 1 ºC/100 m ɤ adiabático húmedo = 0,5 ºC/ 100 m 24,2 ºC 100m 25 ºC

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Variación de la temperatura en el tiempo y

espacio

• Latitud : influencia en el goce de radiación

• Vientos: transporte del calor

• Corrientes marinas

• Distribución de tierras y mares

• Distribución de tierras y mares

• Características del suelo y cubierta

• Orografía

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Resumen

T suelo

T aire

Conducción de calor

Calentamiento del aire: Convección Advección Turbulencia Procesos adiabáticos Transmisión de calor: Calor específico Conductibilidad térmica Difusibilidad calórica

Procesos internos y Procesos adiabáticos

(estabilidad / inestabilidad) Procesos internos y

externos

Variación de T con la altura (según la hora)

Gradiente de insolación Isotermia

Gradiente de inversión

ɤ real, ɤ ad. seco, ɤ ad. húmedo

Importancia:

Crecimiento vegetal Microbiología del suelo

Aparición de plagas y enfermedades Modificaciones por prácticas culturales

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Práctica

Temperatura del suelo Temperatura del aire

-Importancia biológica según cultivos

-Marcha diaria y anual de la temperatura en el suelo (Leyes de Angot)

-Importancia biológica según cultivos

-Caracterización de la temperatura para la localidad:

-T media, máxima, mínima mensual y anual - Amplitud térmica media anual

- Amplitud térmica media anual

- Amplitud anual extrema o absoluba - Bioperiodos térmicos

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