¿La sombra de un solo árbol afecta localmente la temperatura del aire?

Si mide con suficiente precisión, verá una diferencia. Por supuesto, cualquier objeto que use para medir la temperatura del aire puede estar expuesto a la luz solar y, por lo tanto, experimentar una diferencia significativa en la temperatura "aparente"; pero si asumimos que tiene un dispositivo bien protegido que admite aire pero es insensible a los efectos del calor irradiado (del sol arriba y el suelo abajo), hay un par de efectos en juego.

Primero: el suelo a la sombra estará más fresco que el suelo al sol. Esto establecerá una corriente de convección: el aire en la sombra cerca del suelo se enfriará y se volverá más denso (A). Este aire más denso empujará hacia los lados, desplazando el aire caliente cerca del suelo en el lado soleado (B). Ese aire, a su vez, subirá (C) - y será atraído (D) hacia la región sombreada ya que el aire salía al nivel del suelo y tuvo que ser reemplazado por aire por encima (E). Esto se llama celda de convección ; esquemáticamente se ve así:

Esto tiende a cambiar la respuesta dependiendo exactamente de dónde esté midiendo la temperatura, ya que hay una "mezcla" permanente del aire, que es impulsada por las diferencias de temperatura. Definitivamente, cerca del suelo esto mostraría una temperatura más baja.

El segundo efecto es la evaporación. Cuando la humedad se evapora, extrae calor del líquido (calor de evaporación) y, por lo tanto, el propio líquido se enfría un poco. En la parte superior del árbol, las hojas estarán muy calientes por la luz del sol, y eso complica las cosas; pero más abajo, las hojas estarán a la sombra. Una hoja a la sombra que está evaporando agua se enfriará un poco, pero el vapor de agua desplazará el aire y lo hará menos denso. Entonces, es una pregunta justa: ¿el aire subiría (ya que es menos denso) o caería (ya que es más frío)? Hagamos ese cálculo.

Supongamos que me evaporo$m$gramos de agua, y esto afecta la temperatura/densidad de un volumen$V$(masa inicial$M$) de aire. El calor de evaporación es de aproximadamente 2300 kJ/kg y la capacidad calorífica del aire es de aproximadamente 1 kJ/kg/K. Para este ejemplo, la temperatura del aire cambiará en$2300\frac{m}{M}$. Ahora si$m$vapor de agua desplaza un volumen igual de aire, la nueva densidad se calcula como

donde 18 es la masa molecular del agua y 29 es la masa molecular del aire.

La temperatura desciende por

Dado que la densidad del aire se escala con la temperatura inversa (ley universal de los gases), podemos encontrar el cambio real en la densidad dividiendo la nueva densidad por la nueva temperatura para ver si el cambio en la masa molecular promedio o el enfriamiento es el factor más importante. para determinar la dirección del flujo de aire.

Si asumimos que$\frac{m}{M}$es pequeña, la fracción$\frac{\rho}{T}$se convierte

Está claro que el término de enfriamiento es mucho mayor que el término de densidad, por lo que el aire, al ser enfriado por las hojas del árbol, descenderá y enfriará más el aire debajo del árbol.

Me parece que esto empujará el equilibrio de la temperatura hacia una caída pequeña, pero medible, en la temperatura del aire debajo del árbol, incluso si usa un instrumento de medición que no sea sensible a la radiación.