ARTÍCULOS ORIGINALES

Distribución espacial de la radiación fotosintéticamente activa en Argentina

 

Hugo Grossi Gallegos^*

GERSolar, Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Nacional de Luján Luján, Argentina
^*Investigador del CONICET. E-mail: grossi@mail.unlu.edu.ar

Manuscrito recibido el 6 de mayo de 2004, en su versión final el 2 de marzo de 2005

 

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RESUMEN

Una de las informaciones requeridas a menudo para estudiar el balance energético o el crecimiento de un cultivo particular es la radiación solar. Si bien puede disponerse en general del dato de irradiación global (medida o estimada), no es frecuente contar con valores de radiación fotosintéticamente activa. Teniendo en cuenta la relación determinada entre esta última y la global (0,47), como así también la existencia de cartas que dan la distribución del promedio mensual de la irradiación solar global diaria en Argentina, en este trabajo se presenta un conjunto similar de cartas mensuales de la radiación fotosintéticamente activa.

Palabras clave: Radiación Fotosintéticamente Activa; Distribución Espacial; Argentina.

Spatial distribution of photosynthetically active radiation (par) in Argentina

ABSTRACT

Solar radiation is information often required for studying energy balance or the growth of a specific culture. Although in general it is able to dispose of measured or estimated global irradiation data, information of photosynthetically active radiation (PAR) is not always available. Taking into account an empirical relationship established between daily totals of PAR and global solar radiation (0.47), and the existence of charts with the distribution of monthly mean values of daily global irradiation in Argentina, PAR monthly charts are presented in this work.

Key words: Photosynthetically Active Radiation; Spatial Distribution; Argentina.

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1. INTRODUCCION

Una de las informaciones requeridas a menudo para estudiar el balance energético o el crecimiento de un cultivo particular es la radiación solar. Si bien puede disponerse en general del dato de irradiación global (medida o estimada), no es frecuente contar con valores de radiación fotosintéticamente activa (PAR, del inglés "photosynthecally active radiation", abreviatura que será utilizada de aquí en más por ser la más difundida), la que puede ser definida como la fracción del espectro solar comprendida entre 0,40 y 0,70 µm, si bien los autores rusos la definen por el dominio 0,38-0,71µm (Guyot, 1992).
El PAR puede subdividirse a su vez en las siguientes bandas: de 400 a 510 nm (fuerte absorción de luz por la clorofila, con alto efecto morfogenético), de 510 a 610 nm (débil absorción de luz por la clorofila, sin efectos morfogenéticos) y de 610 nm a 720 nm (fuerte absorción de luz por la clorofila, grandes efectos morfogenéticos y ontogenéticos). Como la absorción del PAR está regulada por los pigmentos del cloroplasto, los máximos del espectro de absorción coinciden con los máximos de absorción de la clorofila y los carotenoides: la clorofila y algunos pigmentos son los receptores de la radiación para la fotosíntesis, mientras que los fitocromos regulan los procesos inducidos por la luz como la germinación, floración, caída de las hojas, etc. (Larcher, 1977).
Monteith (1973) sugirió que, para propósitos prácticos, el contenido energético de radiación solar fotosintéticamente útil puede ser considerado como el 50% de la global, si bien otros trabajos apuntan a un valor algo menor.
Teniendo en cuenta que es más habitual disponer de información proveniente de sensores que miden la radiación global (piranómetros) que de los que específicamente detectan el PAR, se han realizado trabajos experimentales orientados a determinar esta fracción, como los de Szeicz (1974), Suckling et al. (1975) y Blackburn y Proctor (1983).

2. MATERIALES Y METODOLOGÍA

Este trabajo se basará en los resultados de las mediciones del último de los trabajos citados en el párrafo anterior. Estos autores midieron la irradiación solar global en base horaria sobre un cultivo de manzanas a lo largo de 186 días con un piranómetro termoléctrico Eppley PSP mientras que con un segundo equipo similar, cubierto con un filtro hemisférico RG695, midieron la irradiación solar correspondiente al infrarrojo cercano. Los valores de PAR fueron obtenidos luego por diferencia entre los dos registros (debe hacerse notar que la sensibilidad de los piranómetros utilizados es plana y se extiende de 0,3 a 3,0 µm, si bien el aporte solar por debajo de los 0,4 µm puede despreciarse en comparación con el resto).
La relación hallada por Blakburn y Proctor para los valores diarios ajusta (r = 0,99) a una recta de pendiente 0,47, si bien para valores horarios observaron que la proporción de PAR aumenta de 0,44 a 0,58 con la cobertura de nubes.
Localmente, Grossi Gallegos et al. (2004) publicaron los primeros resultados registrados en San Miguel, Provincia de Buenos Aires, en una experiencia similar. Verificaron así una buena correlación lineal entre los valores diarios de irradiación PAR y los de irradiación global; esta correlación se mantiene cuando se trabaja con valores horarios de irradiación PAR e irradiación global. En ambos casos, el PAR resultó un 46 % de la irradiación solar global, siendo algo mayor para días nublados.
Por otra parte, Grossi Gallegos (1998a y b) procesó toda la información disponible hasta 1977 en Argentina, proveniente ya sea de mediciones directas del parámetro o de estimaciones obtenidas a partir de información meteorológica terrestre tal como la heliofanía (horas de insolación) o satelital, complementada con la de los países vecinos, evaluando la precisión y validez de los resultados obtenidos.
Se estudiaron en primer lugar las condiciones de la variabilidad espacial de la radiación global y de la heliofanía relativa a fin de determinar la variación del error con la distancia (función estructura). Se estableció que, con un nivel de confidencia del 90%, los promedios mensuales de la radiación solar global diaria determinados con un error instrumental del 6% eran estadísticamente representativos de la media poblacional, a la que suele denominarse "media a largo plazo" (para hacerlo, se calculó el desvío estándar de los valores considerados en cada ubicación).
Se verificó la estabilidad del comportamiento de los sensores utilizados y quedó descartada la variabilidad secular de los parámetros de interés. De esta manera, las constantes de la regresión establecida entre el índice de claridad y la heliofanía relativa en 24 estaciones (en base a los promedios de heliofanía relativa de los últimos 20 o 30 años) se pudieron utilizar para calcular los promedios mensuales de radiación global en esas zonas, de manera de completar el banco de datos a utilizar para la construcción de las cartas destinadas a describir la distribución de la radiación solar global en el país.
Sobre los mapas preparados a tal efecto en papel transparente, similares a los utilizados por el Servicio Meteorológico Nacional (SMN) en una escala de 1:7.500.000 (en proyección cónica conforme Lambert, con meridiano central 60°W y conos secantes de -30° y -60°) se volcó la información de los promedios mensuales del valor diario que integran la base de datos, diferenciando los que fueron obtenidos con piranómetros de la Red Solarimétrica (28) de los que lo fueron con piranómetros del S.M.N. o de alguna otra institución a fines de la década del '60, y dentro de ellos, los registros que presentan mayor extensión temporal.
Los valores medios (mensuales y anual) de la radiación solar global diaria recibida sobre un plano horizontal se expresaron en unidades convenientes para el dimensionamiento de sistemas de conversión fotovoltaica, esto es, kWh m^-2, trazándose las isolíneas espaciadas 0,5 kWh m^-2 para evitar que, con el nivel de incerteza fijado por las mediciones, extrapolaciones y estimaciones, ocurriera superposición en los meses de mayores niveles de irradiación. En muchas regiones la cobertura espacial resultó inadecuada, deficiente (en particular, en la Patagonia) o inexistente, por lo que se recomendó continuar la medición del recurso mejorando la cobertura espacial y la instrumentación utilizada. De todas maneras, se considera que estas cartas responden adecuadamente a los datos disponibles en Argentina (el error no supera al 10%), siendo compatibles con el mejor nivel del estado del conocimiento del recurso en esta región del continente americano. Esta información da la posibilidad de disponer de cartas mensuales con la distribución espacial de la radiación fotosintéticamente activa estimadas a partir de la información de radiación global sobre plano horizontal utilizando sus resultados.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los valores medios de la irradiación solar global diaria recibida a nivel del suelo sobre plano horizontal cada mes o en el año fueron multiplicados por el factor 0,47 y se obtuvieron para Argentina 13 cartas con la estimación de la distribución espacio-temporal del valor medio de la radiación fotosintéticamente activa recibida diariamente, medidos en MJm^-2. Los mapas obtenidos se presentan en las Figuras 1 a 6.

Figura 1: Distribución espacial del promedio mensual del valor diario de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) recibida sobre un plano horizontal a nivel del suelo en Argentina en los meses de enero y febrero [MJm^-2-día].

Figura 2: Distribución espacial del promedio mensual del valor diario de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) recibida sobre un plano horizontal a nivel del suelo en Argentina en los meses de marzo y abril [MJm^-2-día].

Figura 3: Distribución espacial del promedio mensual del valor diario de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) recibida sobre un plano horizontal a nivel del suelo en Argentina en los meses de mayo y junio [MJm^-2-día].

Figura 4: Distribución espacial del promedio mensual del valor diario de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) recibida sobre un plano horizontal a nivel del suelo en Argentina en los meses de julio y agosto [MJm^-2-día].

Figura 5: Distribución espacial del promedio mensual del valor diario de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) recibida sobre un plano horizontal a nivel del suelo en Argentina en los meses de septiembre y octubre [MJm^-2-día].

Figura 6: Distribución espacial del promedio mensual del valor diario de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) recibida sobre un plano horizontal a nivel del suelo en Argentina en los meses de noviembre y diciembre [MJm^-2-día].

Una importante singularidad presente casi todos los meses la constituye el fuerte gradiente existente entre la Puna y la selva tucumano-oranense en el faldeo oriental de los Andes, determinado por el alto nivel de precipitaciones localizado en esta última región (valores medios máximos mensuales de 150 a 200 mm) caracterizada por los valores mínimos de PAR media mensual de la región norte del país, siendo un mínimo absoluto para todo el país en los meses de enero, noviembre y diciembre; esta marcada diferenciación sólo desaparece en los meses de junio y julio, reapareciendo en el mes de agosto y acentuándose a partir de octubre asociada nuevamente al aumento de la precipitación.
La disminución de las precipitaciones siguiendo la línea de 50 mm mensuales a lo largo del país determina una región de alta radiación en la región occidental que alcanza valores máximos comprendidos entre 11,8 y 12,7 MJm^-2-día en el límite con Chile durante el verano, extendiéndose la zona de mayor densidad de energía diaria hasta latitudes tan bajas como los 42°S en el mes de enero (los valores medios para el Alto Valle del Río Negro y la región de Cuyo llegan a ser tan altos como los alcanzados en la Puna).
Se puede observar que la amplitud de la variación del parámetro a lo largo del año es máxima para estaciones ubicadas a elevadas latitudes y en regiones de atmósfera límpida, compensando la mayor inclinación de los rayos solares con el aumento de horas de insolación en verano (por ejemplo, Bariloche, Trelew y Ushuaia, con amplitudes de 10,3 , 9,8 y 8,6 MJm^-2-día, respectivamente). Las amplitudes mínimas corresponden a estaciones ubicadas en la zona tropical (Abra Pampa y Colonia Santa Rosa, con valores de 4,4 y 4,2 MJm-2-día, respectivamente).

4. CONCLUSIÓN

Se presenta una alternativa para disponer rápidamente de información acerca de la distribución espacio-temporal a nivel nacional de la radiación fotosintéticamente activa (PAR), parámetro de interés escasamente medido. En este caso, puede considerarse que la incerteza de la estimación no supera el 10%. Por supuesto que, en los casos en que se dispone localmente de mediciones de irradiación solar fotosintéticamente activa, es preferible utilizar directamente los valores medidos de PAR y no estimarla a partir de estas cartas.
Cartas de irradiación solar global como las de Argentina están disponibles en Brasil y fueron elaboradas por Tiba et al. (1999, 2002) con una metodología similar, por lo que está dada la posibilidad de contar rápidamente con una estimación de la distribución espacio-temporal del PAR para ese país, teniendo continuidad con las cartas que aquí se presentan.

REFERENCIAS

1. Blackburn, W.J and Proctor, J.T.A., 1983. Estimating photosinthetically active radiation from measured solar irradiance. Solar Energy, Vol. 31 (2), págs. 233-234.         [ Links ]

2. Grossi Gallegos, H., 1998a. Distribución de la radiación solar global en la República Argentina. I. Análisis de la información. Energías Renovables y Medio Ambiente, Vol. 41, págs. 19-123.         [ Links ]

3. Grossi Gallegos, H., 1998b. Distribución de la radiación solar global en la República Argentina. II. Cartas de radiación. Energías Renovables y Medio Ambiente, Vol. 5, págs. 33-42.         [ Links ]

4. Grossi Gallegos, H., Righini, R. y Dursi, O., 2004. Primeras mediciones de la radiación fotosintéticamente activa en San Miguel, Provincia de Buenos Aires. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, vol. 8 N° 2, págs. 11.13-11.17 versión CD-ROM.         [ Links ]

5. Guyot, G., 1992. Cours de Bioclimatologie. Chapitre: I, Le Rayonnement. Ecole Nationale Superieure Agronomique de Montpellier, France.         [ Links ]

6. Larcher W., 1977. Ecofisiología vegetal. Ediciones Omega, Barcelona, España.         [ Links ]

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8. Suckling, P.W., Davies, J.A. and Proctor, J.T.A., 1975. The transmission of global and photosinthetically active radiation within a dwarf apple orchard. Can. J. Bot. Vol. 53, págs. 1428-1441.         [ Links ]

9. Szceicz G., 1974. Solar radiation for plant growth. J. Appl. Ecol. Vol. 11, págs. 617-636.         [ Links ]

10. Tiba, C., Grossi Gallegos, H., Fraidenraich, N. and Lyra, F.J.M., 1999. On the development of spatial/temporal solar radiation maps: a Brazilian case study. Renewable Energy, Vol. 18, págs. 393-408.         [ Links ]

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