Balance energetico ciudades Metodo

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 1
Balance energético atmosférico en
ciudades: Propuesta metodológica para
México
Reporte final
2016
Dr. O. Rafael García Cueto
Dr. Néstor Santillán Soto
L.C.A José Ernesto López
Velázquez

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 2
DIRECTORIO
Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo
Antonio Molpeceres
Coordinador Residente del Sistema de las Naciones Unidas y
Representante Residente
Katyna Argueta
Directora de país
Gerardo Arroyo O`Grady
Director del Programa de Desarrollo Sustentable
Alejandro Ismael Monterroso Rivas
Coordinador de la Plataforma de Colaboración sobre cambio
climático y crecimiento verde entre Canadá y México
Francisco Hernández Estens
Gerente del Programa de Desarrollo Sustentable
Itzel Nayeli Jiménez García
Administradora de la Plataforma de Colaboración sobre cambio
climático y crecimiento verde entre Canadá y México
Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático
María Amparo Martínez Arroyo
Directora General
Ana Cecilia Conde Álvarez
Coordinadora General de Adaptación al Cambio Climático
Jorge López Blanco
Director de Gestión de Riesgos y Adaptación
Daniel Iura González Terrazas
Director de Manejo de Cuencas y Adaptación
Margarita Caso Chávez
Directora de Vulnerabilidad y Adaptación Ecológica
Derechos Reservados © 2016
Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD)
Montes Urales 440, Colonia Lomas de Chapultepec, Delegación Miguel Hidalgo, CP.11000, Ciudad de México.
Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC)
Periférico Sur 5000, Colonia Insurgentes Cuicuilco, Delegación Coyoacán, CP. 04530, Ciudad de México
Todos los derechos están reservados. Ni esta publicación ni partes de ella pueden ser reproducidas, almacenadas mediante
cualquier sistema o transmitidas, en cualquier forma o por cualquier medio, sea éste electrónico, mecánico, de
fotocopiado, de grabado o de otro tipo, sin el permiso previo del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo y
el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático.
Producción editorial: Elsa Barreda
Diseño: sonideas
Se sugiere citar como:
PNUD-INECC. 2016. Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México. Informe Final
(Reporte final). Autor y responsable técnico: Onofre Rafael García Cueto. Seguimiento técnico por INECC:
Maryam Nava. Elaborado en el marco del proyecto #86487 “Plataforma de Colaboración sobre Cambio Climático
y Crecimiento Verde entre Canadá y México”, Coordinador: Alejandro Monterroso Rivas. Instituto Nacional de
Ecología y Cambio Climático y el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. Ciudad de México. 78p.
Colaboradores: Dr. O. Rafael García Cueto, Dr. Néstor Santillán Soto y L.C.A José Ernesto López Velázquez
Esta publicación fue desarrollada en el marco del proyecto #86487 “Plataforma de Colaboración sobre Cambio Climático y
Crecimiento Verde entre Canadá y México”. El análisis y las conclusiones aquí expresadas no reflejan necesariamente las opiniones
del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, de su Junta Ejecutiva, de sus Estados Miembros, o del Instituto Nacional de
Ecología y Cambio Climático.
AGRADECIMIENTO: Al Gobierno de Canadá a través de Environment Canada por el apoyo financiero recibido para el desarrollo
de la Plataforma de Colaboración sobre Cambio Climático y Crecimiento Verde entre Canadá y México, durante 2014-2017. Así
mismo, al Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático por el apoyo prestado para el buen desarrollo de la Plataforma.

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Contenido
LISTA DE FIGURAS 4
LISTA DE CUADROS 5
INTRODUCCIÓN 6
MÉTODO DE TRABAJO 8
INTRODUCCIÓN AL BALANCE ENERGETICO ATMOSFÉRICO 9
CICLOS E IMPORTANCIA DEL BEA 13
FORMULACIÓN DEL BALANCE ENERGÉTICO ATMOSFÉRICO 14
MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE BALANCE ENERGÉTICO ATMOSFÉRICO 16
MÉTODO DE COVARIANZA TURBULENTA 17
MÉTODO DE RAZÓN DE BOWEN 21
ESTUDIOS DE BALANCE DE ENERGÍA ATMOSFÉRICO EN CIUDADES 24
ESTUDIOS DE BALANCE DE ENERGÍA EN CIUDADES TROPICALES 27
ESTUDIOS DE BALANCE DE ENERGÍA EN CIUDADES DE LATITUDES MEDIAS 44
PROPUESTA METODOLÓGICA PRELIMINAR PARA EVALUACIÓN DEL BEA EN
CIUDADES DE MÉXICO 66
REFERENCIAS 71

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 4
Índice de Figuras
FIGURA 1 ESTRUCTURAS IDEALIZADAS DE CAPA LÍMITE EN UNA CIUDAD (ADAPTADA DE OKE, 1982) .............. 10
FIGURA 2: DESCRIPCIÓN ESQUEMÁTICA DE LOS FLUJOS INVOLUCRADOS EN LOS BALANCES DE ENERGÍA EN
ÁREAS URBANAS (ADAPTADA DE OKE, 1987A), DONDE Q* ES LA RADIACIÓN NETA, QH EL FLUJO DE
CALOR SENSIBLE, QE EL FLUJO DE CALOR LATENTE, QS EL ALMACENAMIENTO DE CALOR ................... 12
FIGURA 3: ÁREAS FUENTE DE LOS SENSORES DE COVARIANZA TURBULENTA (QH, QE), RADIÓMETRO NETO
(Q*), CALOR DEL SUELO (QG), Y ALMACENAMIENTO DE CALOR EN EL SUELO ( QS). ............................... 20
FIGURA 4 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA EN 15 DÍAS DESPEJADOS DEL 3 DE FEBRERO AL 31 DE MARZO DE 1985
EN EL SITIO DE TACUBAYA DE LA CIUDAD DE MÉXICO, MÉXICO. TOMADA DE TEJEDA-MARTÍNEZ Y
JÁUREGUI, 2005. .......................................................................................................................................................... 33
FIGURA 5 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA EL 3 DE DICIEMBRE DE 1993 EN EL SITIO DEL PALACIO DE MINERÍA
DE LA CIUDAD DE MÉXICO, MÉXICO. TOMADA DE TEJEDA-MARTÍNEZ Y JÁUREGUI, 2005. ..................... 33
FIGURA 6 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA EL 1 DE JULIO DE 1995 EN EL SITIO DE UNAM (RESERVA SUBURBANA
CON VEGETACIÓN) DE LA CIUDAD DE MÉXICO, MÉXICO (DÍA PARCIALMENTE NUBLADO). TOMADA DE
TEJEDA-MARTÍNEZ Y JÁUREGUI, 2005. .................................................................................................................. 34
FIGURA 7 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 10 AL 23 DE JUNIO DE 1990 EN UN PREPARATORIA NO. 7 DE LA
CIUDAD DE MÉXICO, MÉXICO. TOMADA DE TEJEDA-MARTÍNEZ Y JÁUREGUI, 2005. .................................. 34
FIGURA 8 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 18 AL 22 DE MARZO DE 2001 EN EL SITIO DEL INSTITUTO DE
INGENIERÍA DE LA UABC DE LA CIUDAD DE MEXICALI, MÉXICO. TOMADA DE GARCÍA-CUETO ET AL.,
2003. .............................................................................................................................................................................. 35
FIGURA 9 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 10 AL 23 DE JULIO DE 2001 EN UN SITIO SUBURBANO DE TUCSON,
AZ, EE. UU. TOMADA DE GRIMMOND Y OKE, 1995. ......................................................................................... 36
FIGURA 10 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 8 AL 20 DE FEBRERO DE 2003 EN UN SITIO URBANO
RESIDENCIAL DE LA CIUDAD DE OUAGADOUGOU, BURKINA FASO. TOMADA DE OFFERLE ET AL., 2005.
........................................................................................................................................................................................ 36
FIGURA 11 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 13 DE MAYO AL 21 DE JUNIO DE 1990 EN UN SITIO SUBURBANO
DE LA CIUDAD DE MIAMI, FL, EE. UU. TOMADA DE NEWTON ET AL., 2007. ................................................ 37
FIGURA 12 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 10 AL 19 DE JUNIO DE 2001 EN NÉGUEV, ISRAEL. TOMADA DE
PEARLMUTTER ET AL., 2005. ..................................................................................................................................... 37
FIGURA 13 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 1 AL 7 DE ABRIL DE 2003 EN UN SITIO URBANO COMERCIAL-
RESIDENCIAL DE LA CIUDAD DE PUEBLA, MÉXICO. TOMADA DE MOLINA, 2013. ........................................ 38
FIGURA 14 PROMEDIOS ESTACIONALES DE BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA ENTRE LOS AÑOS 2011-2013 EN UN
SITIO SUBURBANO DE LA PHOENIX, AZ, EE. UU. TOMADA DE CHOW ET AL., 2012. ................................... 39
FIGURA 15 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 20 AL 28 DE AGOSTO DE 1991 EN UN SITIO SUBURBANO DE LA
CIUDAD DE SACRAMENTO, CA, EE. UU. TOMADA DE GRIMMOND Y OKE, 1999. ........................................ 50
FIGURA 16 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 1 AL 31 DE JULIO DE 1992 EN UN SITIO SUBURBANO DE LA
CIUDAD DE CHICAGO, IL, EE. UU. TOMADO DE GRIMMOND ET AL., 1995. .................................................. 50
FIGURA 17 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 4 DE JULIO AL 11 DE AGOSTO DE 1993 EN UN SITIO SUBURBANO
DE LA CIUDAD DE LOS ÁNGELES, CA, EE. UU. TOMADO DE GRIMMOND ET AL., 1995. ............................ 51
FIGURA 18 BEA EN LA BAJA ATMÓSFERA DEL 6 AL 13 DE JULIO DE 1989 EN UN SITIO SUBURBANO DE LA
CIUDAD DE VANCOUVER, BC, CANADÁ. TOMADO DE ROTH Y OKE, 1994. ................................................... 51
FIGURA 19 ENSAMBLE DE BEA PARA (A) 5 DÍAS DE VERANO DE 1997, Y (B) 4 DÍAS DE INVIERNO DE 1996 EN
UN SITIO SUBURBANO DE LA CIUDAD DE CHRISTCHURCH, NUEVA ZELANDA. TOMADO DE SPRONKEN-
SMITH, 2002. ................................................................................................................................................................ 52
FIGURA 20 ENSAMBLE DE BEA PARA DÍAS SOLEADOS EN JULIO Y DICIEMBRE DE 2001 EN UN SITIO URBANO
DE LA CIUDAD DE TOKIO, JAPÓN. TOMADO DE MORIWAKI Y KANDA, 2004. ............................................... 53
FIGURA 21 ENSAMBLE MENSUAL DE BEA DE LOS AÑOS 2001 (IZQUIERDA) Y 2002 (DERECHA) EN UN SITIO
URBANO DE LA CIUDAD DE LODZ, POLONIA. TOMADO DE OFFERLE ET AL., 2006A. .................................. 54
FIGURA 22 ENSAMBLE DE BEA DEL 16, 19-21 DE JUNIO DEL 2001 EN UN SITIO SUBURBANO DE LA CIUDAD DE
BARCELONA, ESPAÑA. TOMADO DE GARCÍA MORENO ET AL., 2012. ............................................................. 55
FIGURA 23 ENSAMBLE DE BEA DEL 4 AL 11 DE JULIO DEL 2001 EN UN SITIO URBANO DE LA CIUDAD DE
MARSELLA, FRANCIA. TOMADO DE ROBERTS ET AL., 2006. ............................................................................... 56
FIGURA 24 : ENSAMBLE DE BEA DE 3 LUGARES URBANOS (U1-U3), UN SUBURBANO (S1) Y DOS RURALES (R1 Y
R2) DEL 10 DE JUNIO AL 10 DE JULIO DE 2002 EN LA CIUDAD DE BASEL, SUIZA. TOMADO DE CHRISTEN
Y VOOGT, 2004. ........................................................................................................................................................... 57

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 5
FIGURA 25 ENSAMBLE DE BEA DE 3 LUGARES CON TRES DISTINTOS GRADOS DE URBANIZACIÓN (HIGH,
MEDIUM AND LOW), Y UN RURAL EN EL MES DE MARZO DE 2004 EN LA CIUDAD DE MELBOURNE,
AUSTRALIA. TOMADO DE COUTTS ET AL., 2007. .................................................................................................. 58
FIGURA 26 ENSAMBLE DE BEA EN UN DÍA CLARO DEL MES DE AGOSTO DE 2004 EN LA CIUDAD DE KANSAS
CITY, MISSOURI, EE. UU. SE PRESENTA TAMBIÉN LA RAZÓN DE BOWEN ( ). TOMADO DE BALOGUN ET
AL., 2009. ...................................................................................................................................................................... 59
FIGURA 27 ENSAMBLE MEDIO DE VARIACIONES DIURNAS DEL BEA PARA CONDICIONES DE DÍAS CLAROS EN
LAS CUATRO ESTACIONES DE ABRIL DE 2006 A MARZO DE 2007 EN KANTO, JAPÓN. ADAPTADA DE
KAWAI Y KANDA, 2010. ............................................................................................................................................. 60
FIGURA 28 CARACTERÍSTICAS DE LA VARIACIÓN HORARIA-DIARIA DE LAS COMPONENTES DEL BEA (FLUJOS
EN W/M2) DE JUNIO DE 2009 A JULIO DE 2010, A UNA ALTURA DE 140 M EN LA CIUDAD DE BEIJING,
CHINA, EN LAS CUATRO ESTACIONES DEL AÑO. ADAPTADO DE MIAO ET AL., 2012. ................................... 61
FIGURA 29 EJEMPLO DE CLASIFICACIÓN DE USO DEL SUELO (ARRIBA) Y FOTOGRAFÍAS AÉREAS (ABAJO) PARA
LUGARES DE MEDIDAS DE FLUJOS DE ENERGÍA EN ESSEN, ALEMANIA. PARA EL ANÁLISIS SUPERFICIAL SE
ELIGIÓ UN RADIO DE 1 KM. TOMADO DE WEBER Y KORDOWSY (2010). ........................................................ 70
Índice de Cuadros
CUADRO 1 RESUMEN DE ESTUDIOS DE BALANCE DE ENERGÍA EN CIUDADES TROPICALES (SUBTROPICALES).
QH ES DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR SENSIBLE, QE DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR LATENTE, ΔQS
DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR ALMACENADO. CT: TÉCNICA DE MEDICIÓN DE COVARIANZA TURBULEN
........................................................................................................................................................................................ 27
CUADRO 2 INSTRUMENTACIÓN, COMPAÑÍA MANUFACTURERA Y ALTURA DE POSICIONAMIENTO DE LOS
INSTRUMENTOS EN LAS CAMPAÑAS DE MEDICIÓN DE BALANCE DE ENERGÍA ATMOSFÉRICO EN LAS
CIUDADES (SUB)TROPICALES. FABRICANTE: CS-CAMPBELL SCIENTIFIC; K&Z-KIPPEN AND ZONNEN. .. 30
CUADRO 3 USO DEL SUELO/COBERTURA DEL SUELO Y FLUJOS DE ENERGÍA, NORMALIZADOS POR Q*, PARA
LAS CIUDADES (SUB)TROPICALES. ............................................................................................................................ 41
CUADRO 4 RESUMEN DE ESTUDIOS DE BALANCE DE ENERGÍA EN CIUDADES DE LATITUDES MEDIAS. QH ES
DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR SENSIBLE, QE DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR LATENTE, ΔQS
DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR ALMACENADO. CT: TÉCNICA DE MEDICIÓN DE COVARIANZA
TURBULENTA. .............................................................................................................................................................. 44
CUADRO 5 INSTRUMENTACIÓN, COMPAÑÍA MANUFACTURERA Y ALTURA DE POSICIONAMIENTO DE LOS
INSTRUMENTOS EN LAS CAMPAÑAS DE MEDICIÓN DE BALANCE DE ENERGÍA ATMOSFÉRICO EN LAS
CIUDADES DE LATITUDES MEDIAS. FABRICANTE: CS-CAMPBELL SCIENTIFIC, K&Z-KIPPEN & ZONNEN
........................................................................................................................................................................................ 47
CUADRO 6 USO DEL SUELO/COBERTURA DEL SUELO Y FLUJOS DE ENERGÍA, NORMALIZADOS POR Q*, PARA
LAS CIUDADES DE LATITUDES MEDIAS. .................................................................................................................. 62
CUADRO 7 INSTRUMENTACIÓN BÁSICA PARA REALIZAR BALANCE DE ENERGÍA ATMOSFÉRICO SUPERFICIAL
MEDIANTE EL SISTEMA DE COVARIANZA TURBULENTA (EN TORRE METEOROLÓGICA). ............................. 66
CUADRO 8 INFORMACIÓN BÁSICA QUE DEBE CONTENER EL SITIO DE MEDICIÓN Y SUS ALREDEDORES (EN 1 KM
DE RADIO, APROXIMADAMENTE). LOS PARÁMETROS Z0, L Y ΣV/U* SON VALORES MEDIOS DERIVADOS
DE LAS MEDIDAS DEL ANEMÓMETRO SÓNICO; LAS DOS ÚLTIMAS SE NECESITAN PARA EL CÁLCULO ........ 69

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 6
INTRODUCCIÓN
En este primer informe parcial (1a) se reportan los resultados obtenidos de acuerdo al
programa de trabajo entregado a la Plataforma del Programa de las Naciones Unidas para
el Desarrollo (PNUD), y al Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC),
con fecha del once de mayo de 2016.
Los objetivos propuestos en ese programa de trabajo, y que se están entregando en este
primer reporte parcial son los siguientes:
1. Revisión bibliográfica de balances energéticos en la baja atmósfera (BEA) en
ciudades.
2. Organización en carpeta digital de archivos (artículos de investigación, reportes
técnicos, etc.) obtenidos anteriormente.
3. Breve reseña de variables, método y resultados de evaluación de BEA en ciudades.
4. Propuesta de método e instrumentación para evaluar BEA en ciudades de México,
y su presentación a la Plataforma de PNUD y al INECC para obtener comentarios
y acuerdos.
De acuerdo a esos objetivos, las metas a alcanzar son las que se enlistan a continuación:
1. Recopilar y seleccionar bibliografía que sobre el tema de BEA, particularmente
enfocado a ciudades, se haya realizado en el plano internacional y nacional.
2. Reporte digital de revisión bibliográfica de BEA en diferentes ciudades del mundo,
enfocado a metodologías, instrumentación, variables, principales resultados y
comparación de resultados entre ciudades.
3. Propuesta metodológica preliminar para evaluar BEA en ciudades de México.
Por lo que puede observarse a partir de los objetivos y metas planteadas, en este reporte se
plantea documentar, a partir de una amplia revisión bibliográfica, estudios que sobre el
balance de energía en la baja atmósfera (BEA) se hayan realizado en ciudades alrededor
del mundo. La orientación que se hace de tal revisión va encaminada a describir los
métodos, instrumentación y principales resultados de las componentes del balance de

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 7
energía de cada ciudad analizada, y la relación que guardan estos resultados con la
cobertura y uso del suelo; esta relación bidireccional permitirá explicar la causalidad de los
resultados encontrados, al mismo tiempo que se logrará avanzar en la propuesta del
esquema metodológico de balances energéticos en ciudades de México, que es el objetivo
principal de la consultoría.
Así, este reporte intenta de manera sucinta, proponer al PNUD e INECC, a partir de una
amplia selección de estudios de BEA, un esquema que muestre el método(s) e
instrumentación, para realizar lo propio en ciudades de México.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 8
MÉTODO DE TRABAJO
Para alcanzar los objetivos enunciados en el capítulo I se hará lo conducente a la realización
de un marco teórico que sustente, de manera preliminar, la propuesta del esquema
metodológico del BEA en ciudades de México. Así, las etapas de trabajo se documentarán
bajo las siguientes acciones:
1. Se realizará una revisión bibliográfica, tanto en medios impresos, como
electrónicos, de artículos de investigación, tesis, reportes técnicos, etc., enfocados
a ciudades del mundo, de balances energéticos que se hayan realizado en la baja
atmósfera (capa límite).
2. Se listará instrumentación, tiempo de experimentación, variables, metodología y
resultados de estudios revisados.
3. Se identificará método y variables comunes en estudios de BE en ciudades del
mundo.
4. Se contrastarán resultados de componentes del BEA y se discutirá su asociación
con usos del suelo.
5. Se propondrá preliminarmente un esquema metodológico para la evaluación de
BEA en ciudades de México.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 9
INTRODUCCIÓN AL BALANCE
ENERGETICO ATMOSFÉRICO
El balance de energía en la baja atmósfera (BEA), dirigido a ciudades, es un tema
relativamente reciente en la evolución de la climatología física, y su propósito es el de
explicar en función de los ciclos de energía y agua, parámetros meteorológicos básicos
como la temperatura del aire y la humedad, que son medidas indirectas de esos ciclos
fundamentales en el sistema climático. El estudio de estos ciclos involucra los procesos por
los que la energía y la masa son transferidos, convertidos y almacenados. Dado que la
atmósfera se caracteriza por fenómenos cuyas escalas espaciales y temporales cubren un
rango muy amplio se debe mencionar que para propósitos de esta consultoría, estas escalas
están limitadas a extensiones horizontales que están en la categoría de micro (10 -2 a 10 -3
m) a escala local (10 2 a 5 x 10 3 m), mientras que en la extensión vertical se restringe a una
zona conocida como capa límite, entendiéndose ésta como el espesor de aire al que afecta
la interacción con la superficie, o como bien la describe Arya (1988): “una capa límite se
define como la capa de un fluido (líquido o gas) en la vecindad inmediata de una superficie
material, en el que toma lugar un significativo intercambio de momentum, calor, o masa
entre la superficie y el fluido”.
Así, la capa límite atmosférica se forma como consecuencia de las interacciones entre la
atmósfera y la superficie subyacente (suelo o agua) sobre escalas de tiempo de unas horas
a alrededor de un día. Esta capa se caracteriza por movimientos turbulentos generados por
la rugosidad de la superficie y la diferencia térmica entre la superficie y la capa de aire
sobreyacente.
La altura de la capa límite varía en un rango muy amplio, pero suponiendo que los patrones
de viento y la nubosidad no están enlazados a sistemas sinópticos, sino únicamente a características
superficiales o al ciclo de calentamiento diario, Oke (1987) menciona: “la
altura de la capa límite (es decir, el espesor de la capa, relacionada con influencias de la
superficie del suelo) no es constante con el tiempo, depende de la intensidad de la mezcla
generada en la superficie. Durante el día, cuando la superficie terrestre se calienta por la

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 10
acción solar, hay una transferencia de calor hacia la atmósfera más fría. Esta vigorosa
mezcla térmica (convección), permite al espesor de la capa límite extenderse verticalmente
de 1 a 2 km. Inversamente, en la noche, cuando la superficie se enfría más rápidamente que
la atmósfera, hay una transferencia de calor hacia abajo. Esto tiende a suprimir la mezcla,
y el espesor de la capa límite se puede contraer a menos de 100 m”.
En la figura 1 se presentan las subcapas en las que se divide la capa límite planetaria en un
área urbana y alrededores rurales. En ella se aprecia que esta capa llega hasta donde las
perturbaciones del terreno alcanzan a afectar al flujo aéreo. La rugosidad del terreno (por
árboles, edificios, etc.) generan a su vez otra capa frontera, la capa límite superficial. Los
objetos que dan origen a la capa límite superficial con su altura promedio definen al dosel
de rugosidad.
Figura 1 Estructuras idealizadas de capa límite en una ciudad (Adaptada de Oke, 1982)

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 11
En los ambientes urbanos se genera una capa intermedia entre la capa límite superficial y
la capa límite planetaria, la capa límite urbana, mientras que en el ámbito rural, es la capa
límite rural, que es de menor altura que la que se genera en el ámbito urbano. Se observa
también que la ciudad le transfiere al aire ciertas propiedades (partículas contaminantes,
calor sensible, etc.), que viajan en forma de pluma viento abajo.
Algo fundamental a la noción de escala es la distinción entre la capa de dosel urbano, y la
capa límite urbana. Esta distinción, originalmente se aplicó a las islas urbanas de calor
(Oke, 1976). En la capa de dosel urbano (aproximadamente del suelo al nivel del techo de
las construcciones), los procesos de flujo de aire y de intercambio de energía están
controlados por características y procesos de microescala, específicos del lugar; esta capa,
dice Oke, op. cit. (1987), es más claramente delineada en áreas de alta densidad de
construcción, y puede ser discontinua, o estar ausente en áreas suburbanas con menor
densidad de desarrollo. La capa límite urbana, por arriba del nivel de los techos, en
contraste, es aquella parte de la capa límite planetaria cuyas características son afectadas
por la presencia de la superficie urbana (o sus zonas de uso del suelo) y es un fenómeno de
escala local a mesoescala, controlada por procesos que operan a escalas temporales y
espaciales más grandes.
Por lo mencionado se observa que el concepto de escala es esencial para entender el modo
en que los elementos de la superficie urbana interactúan con las capas atmosféricas
adyacentes; por tanto, la definición de esta superficie, donde la partición de energía toma
lugar, es uno de los problemas fundamentales de estudios de balance de energía en áreas
urbanas. Un edificio individual, por ejemplo, se compone de techo y paredes, cuya
exposición a la radiación solar, intercambio de radiación de onda larga y ventilación, varía
en el tiempo (por ejemplo Arnfield, 1984, 2000; Paterson y Apelt, 1989; Verseghy y
Munro, 1989a, 1989b). Las superficies horizontales a nivel de suelo son un mosaico de
elementos, tal como los jardines y campos de césped, zonas pavimentadas y lotes baldíos,
con contrastantes propiedades radiativas, térmicas, de humedad y aerodinámicas. Estos
diferentes elementos de superficie poseen diversos balances energéticos que generan
contrastes en las características superficiales (por ejemplo, la temperatura de la "piel" de
superficie), y dan lugar a interacciones mutuas de intercambio radiativo y advección de

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 12
pequeña escala. Estas unidades morfológicas fundamentales pueden ser agregadas
jerárquicamente. Sin embargo, el tamaño, forma, composición y ordenamiento de los
elementos del dosel urbano hace difícil definir y asignar valores térmicos, geométricos, y
otras características de la superficie urbana (Schmid et al., 1991), o aún encontrar un datum
superficial para propósitos meteorológicos (Oke, 1988). Así que un conflicto básico en los
estudios de balance energético es el de saber qué capas se desea monitorear, ya que cada
espesor tiene su propia importancia, por lo que no hay una sola respuesta.
Respecto al BEA, la partición de los flujos energéticos, tratada en la siguiente sección, está
regida por la naturaleza de la superficie urbana y las habilidades relativas del suelo y la
atmósfera para transportar calor. La distribución particular conseguida por una superficie
es probablemente el más importante determinante de su microclima. En la figura 2 se
ilustran las componentes del balance energético que dan lugar al clima urbano, y que da
una idea de que la cuantificación de los diversos flujos es una tarea complicada por la
geometría urbana y los diferentes usos del suelo en pequeñas distancias, que dan lugar a
una amplia gama de microclimas.
Figura 2: Descripción esquemática de los flujos involucrados en los balances de energía en áreas urbanas (adaptada de Oke, 1987a), donde Q* es
la radiación neta, Qh el flujo de calor sensible, Qe el flujo de calor latente, Qs el almacenamiento de calor

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 13
Por todo lo anteriormente expuesto, se puede inferir que el balance energético atmosférico,
que depende en gran medida de la cobertura superficial, y la partición de los flujos de
energía en diferentes superficies, debe ocasionar diferentes distribuciones térmicas,
hígricas y de transporte de momento mecánico, por lo que la modificación en usos del
suelo, ocasionada por la urbanización, impactará también esas distribuciones. Estas
modificaciones, a su vez, afectan el confort, la salud y la productividad de los habitantes
urbanos, por lo que cuantificar en qué medida se ven modificados los balances energéticos
es indispensable para una mejor planeación urbanística.
Ciclos e importancia del BEA
Como ya se mencionó, existen dos ciclos fundamentales de importancia, cuyo estudio
constituye las bases de la moderna climatología física. Estos son los ciclos de energía solar
(calor) e hidrológicos (masa), los que mediante procesos de intercambio y balances, están
enlazados a elementos climatológicos como la temperatura, humedad y viento en la capa
límite atmosférica. Si se considera que una gran parte de la población vive en las áreas
urbanas, y que cada vez habrá más gente habitando en ellas con la consecuente
modificación en la cobertura del suelo, es obvia la necesidad de estudiar con detalle los
diferentes flujos implicados y la relación existente entre esos factores.
Una de las diferencias en los ambientes urbanos y rurales es su clima, y como elemento
modificador principal, la temperatura, que ha sido mencionada en muchos estudios
(Landsberg, 1981; Oke, 1982; Jáuregui, 1997); estas diferencias climáticas parecen ser
causadas principalmente por la modificación de la superficie terrestre, al alterar algunas
propiedades radiativas como admitancia térmica, emisividad y el albedo, y de manera
secundaria por la liberación de energía artificialmente generada en las ciudades.
De acuerdo con lo mencionado, y apelando a la ley de la conservación de la energía, la
diferencia fundamental entre los climas urbanos y los rurales, parece encontrarse en el
balance energético atmosférico superficial, por lo que varios investigadores se han abocado
a estudiarlo (Oke et al. 1992; Grimmond y Oke, 1995; Tejeda y Jáuregui, 2005); y es que
como menciona Oke op. cit., (1987a): “el conocimiento del balance de energía superficial
se considera fundamental para entender la meteorología de la capa límite y la climatología

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 14
de cualquier lugar. En conjunción con el viento sinóptico proveen las fuerzas rectoras
energéticas para los flujos verticales de calor, masa y momentum”
Es decir, si se quiere realizar una verdadera climatología física, se deben orientar los
esfuerzos a cuantificar esos flujos energéticos, ya que la distribución de los elementos
climáticos son finalmente el resultado de tales balances, que una vez entendidos, explican
procesos tan importantes como el desarrollo de la isla de calor urbano, vientos locales,
estabilidad atmosférica, e indirectamente la distribución de contaminantes.
Formulación del Balance Energético Atmosférico
El balance energético en el sistema suelo/atmósfera en una superficie ideal 1 , se formula de
acuerdo con la primera ley de la termodinámica (conservación de la energía), con la que es
posible identificar los cuatro tipos de flujos energéticos más importantes: la radiación neta
(Q*); el flujo de calor sensible (QH); el flujo de calor latente (QE); y el flujo neto de calor
en el suelo (QG). Este balance de energía superficial se puede escribir como:
Q* = QH + QE+ QG (1)
En la ecuación 1, Q* es el resultado de la diferencia entre la radiación solar global (QS) y
la radiación reflejada y emitida por la superficie (QR), por lo que: Q*= QS - QR; el flujo de
calor sensible, QH, se refiere al intercambio turbulento de calor entre la superficie y la
atmósfera, originado por la diferencia térmica entre los dos medios; el flujo de calor latente,
QE, ó flujo de vapor de agua, es el intercambio turbulento de calor, por procesos
evapotranspirativos (o de condensación) entre la superficie y la atmósfera; y QG, es el flujo
de calor al suelo o medio subsuperficial. La exacta partición del exceso o déficit radiativo
(entre QH, QE y QG) está regida por la naturaleza de la superficie y las habilidades relativas
del suelo y la atmósfera para transportar calor (Oke, op. cit., 1987a). Es así que las
propiedades físicas del suelo, tales como la admitancia térmica y la capacidad calorífica,
son probablemente las más importantes para la definición del clima local.
1 La superficie ideal considerada aquí es relativamente lisa, horizontalmente homogénea, extensa y opaca a la radiación
(Arya, 1988)

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 15
La convención de signos empleada en la ecuación 1 indica que la radiación neta (Q*) es
positiva cuando hay una ganancia y negativa cuando sea una pérdida. Los flujos noradiativos
dirigidos fuera de la superficie son positivos y, por tanto, los términos en el lado
derecho de la ecuación son positivos cuando representan pérdidas de calor de la superficie
y negativos cuando son ganancias. Cuando ambos lados son positivos, la ecuación describe
cómo el exceso radiativo disponible es repartido hacia los sumideros de energía del sustrato
y atmosférico, situación que es usual durante el día. Cuando ambos lados son negativos, la
ecuación establece cómo el déficit radiativo superficial es repartido entre la ganancia de
calor de las fuentes disponibles del sustrato y atmosféricas, y ésta es la situación nocturna
normal.
Como en la realidad la superficie terrestre muestra heterogeneidades (Arya, op. cit., 1988)
a pequeña escala (como árboles, casas), a mesoescala (diferencias urbano-rurales), a gran
escala (montañas), y también puede ser parcialmente transparente a la radiación (en agua
o cultivos), es más apropiado considerar el balance de energía en un volumen (o capa
finita), donde la energía puede ser almacenada o liberada. Surge entonces el término ΔS,
que es el cambio en el almacenamiento de energía por unidad de tiempo, y que se incorpora
a la ecuación ideal 2:
Q* = QH + QE+ QG + ΔS (2)
El término ΔS resulta de la divergencia o convergencia de flujo de calor sensible y latente
dentro de esta columna de aire, así como de la energía almacenada en la biomasa.
Pero si la superficie en donde se está haciendo el balance energético no es horizontalmente
homogénea (al considerar elementos rugosos, temperaturas superficiales, humedades), o si
el flujo de viento pasa de un tipo de superficie (por ejemplo, suelo seco y desnudo) a otra
climáticamente diferente (cobertura vegetal húmeda), en una distancia relativamente corta
(es decir, el fetch es insuficiente 2 ), la advección horizontal de energía (ΔQA), puede llegar
a ser una componente importante y tiene que ser tomada en cuenta:
Q* = QH + QE+ QG + ΔS + ΔQA (3)
2 El fetch se refiere a una distancia viento arriba con características de superficie uniformes.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 16
Finalmente, en las atmósferas urbanas se deben considerar otros ingresos a la ecuación del
balance energía, que se refieren a la radiación terrestre que es absorbida por la capa de
smog, más el calor de origen antropogénico (QF; Tejeda, 1996), por lo que la ecuación
resultante es:
ó
Q* + QF = QH + QE + QG + ΔS + ΔQA (4)
Q* + QF = QH + QE+ ΔQS + ΔQA (donde ΔQS = QG + ΔS)
Se ha observado que cada término en la ecuación 4 es diferente dependiendo del área en
estudio. Se puede mencionar entre los primeros estudios en zonas urbanas el de Landsberg,
op. cit., 1981, en el que se comparan las áreas urbanas con las áreas rurales; este estudio se
realizó en Columbia, Maryland, y se observó que la componente QE, en el área rural, en el
período diurno, era grande, comparada al valor del área urbana, que mostró tener valores
muy pequeños; también se observaron fuertes contrastes con el calor almacenado, ΔS, y
por tanto, en la temperatura superficial.
Métodos de Estimación de Balance Energético
Atmosférico
Desde principios de los años ochenta del siglo XX, se han realizado progresos en los
métodos e instrumentación, que han hecho posible determinar, de manera individual, los
flujos de calor sensible y calor latente. Antes de esta cuantificación, era necesario
determinar una de las partes del balance de energía (p.e., el flujo de calor latente), como el
residual de los otros. Para la evaluación de los flujos verticales de calor sensible y latente,
existen dos principales aproximaciones: método de covarianza turbulenta y métodos de
perfil (aproximación aerodinámica) y método de balance de razón de Bowen. El sistema
experimental ideal para covarianza turbulenta mide todas las variables directamente, con
precisión y en el mismo punto, usando pequeños sensores con respuesta rápida, y de forma
optimizada para evitar distorsión del flujo. En las siguientes secciones se describen los
métodos para evaluación de flujos verticales de calor.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 17
Método de Covarianza Turbulenta
Una rápida respuesta en las mediciones de variables de estado, como temperatura (T) y
presión de vapor (e), medidas varias veces con una resolución de 20 veces o más en un
segundo, generan series de tiempo que pueden ser analizadas estadísticamente, sin
embargo, primero se tienen que corregir las series de datos antes de aplicar el método de
covarianza turbulenta. El anemómetro sónico tiene esa capacidad para medir cambios en
las componentes del viento (u, v, w), que acoplado a termopares (para medir T) y a un
higrómetro de krypton (para medir e) se pueden evaluar los términos QH y QE.
Debe aclararse que mientras el sistema de la razón de Bowen puede monitorear aún con
lluvia ligera (la lluvia fuerte o el granizo podrían dañar a los sensores de temperatura), el
anemómetro sónico y el higrómetro de krypton son más susceptibles a la precipitación, aun
no siendo intensa.
Algunas veces los datos presentan valores muy grandes o muy pequeños, los cuales no se
asocian con eventos meteorológicos, sino que más bien se vinculan a errores en los
instrumentos, como pueden ser por ejemplo, choques de insectos en los sensores o fallas
en el voltaje de la fuente de alimentación. Esos valores irregulares se deben eliminar y
reemplazar por información aceptable, mediante un procedimiento conocido como
“acondicionar los datos”, que consiste en aplicar lo siguiente:
1) suprimir la tendencia irregular;
2) quitar los datos erróneos (valores muy grandes o muy pequeños) y;
3) realizar un filtrado y de suavización (al inicio y al final del período erróneo).
Finalmente, al tener una serie “limpia” de errores, se puede aplicar el método de
correlación turbulenta (Stull, 1989).
El primer paso para aplicar el método de correlación turbulenta, consiste en calcular los
valores de las perturbaciones en los datos. Por ejemplo, si tenemos una serie de tiempo de
valores de temperatura potencial (θ), se puede substraer la temperatura media potencial
para cada dato y así obtener las perturbaciones en la serie de tiempo:
[θ’(t), θ’(t+Δt), θ’(t+2Δt), θ’(t+3Δt), ...]

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 18
De manera similar, se encuentra una serie de tiempo de las perturbaciones de la velocidad
en la vertical:
[w’(t), w’(t+Δt), w’(t+2Δt), w’(t+3Δt),...]
Si se multiplican los valores de θ’ y w’ se produce una serie de tiempo de θ’w’:
[w’ θ’(t), w’ θ’(t+Δt), w’ θ’(t+2Δt), w’ θ’(t+3Δt),...]
El promedio de esta serie, w ' ' , es la definición del flujo cinemático turbulento de calor en
la vertical, que explica el intercambio de energía en la superficie (y la generación de
turbulencia térmica).
Una vez que se calculan las series de tiempo de ’, q’, u’, v’, w’, a partir del conjunto de
datos, se puede llevar a cabo una multiplicación y promediado de cantidades, para obtener
flujos [ u 'w'
, w 'q'
, w ' ' ], varianzas [
2
w ' ,
2
q ' ,
2
u ' ,
2
'
], energía cinética turbulenta
2
[TKE=0.5*( u ' + v '
2 + w '
2
2
), flujos de varianza [ w 'q'
2
, w '' , ' 2 3
u w'
, w ' ], y flujos de
2 2 2
energía [ w' e =0.5* w'
u
' v'
w'
].
Una ventaja de este método consiste en que es simple y directo, y los flujos pueden ser
calculados a cualquier altura o sitio, en donde la serie de tiempo original es medida. Una
desventaja consiste en lo caro que son los sensores utilizados para obtener una rápida
respuesta en las mediciones, ya que, si la respuesta de los sensores es muy lenta, los valores
de los flujos resultan ser incorrectos.
La forma en que el suelo cede calor sensible (QH) a la atmósfera o calor latente de
evaporación (QE) es a través de pequeños remolinos verticales, es decir, turbulencia, de
aquí se obtiene la relación que existe entre flujo de calor sensible QH, y flujos cinemáticos
w ' ' , con las siguientes relaciones (Brook, 1978):
Q
H
w'
C T '
(6)
P
Por otro lado, los valores de calor específico para el aire, Cp, varía con la humedad,
aproximadamente como:

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 19
Cp Cpd
1 0. 84q
(7)
Combinando las ecuaciones 6 y 7 y despreciando los términos de orden superior:
Q
H
C w'
T'
0.84T w'
q'
(8)
pd
El último término de la ecuación 8 puede causar un cambio de alrededor de un 10% en la
estimación del flujo de calor sensible que, si únicamente se usara el calor específico para
aire seco. La correspondiente expresión para el flujo de calor latente es (Reihl et al., 1978):
Q
E
L
w'q'
(9)
v
Áreas Fuente de los Sensores de Covarianza Turbulenta
Con frecuencia se ha observado que al medir cada una de las componentes del balance
energético atmosférico, dicho balance no cierra; en otras palabras, que la suma de los flujos
de energía que entran a un sistema no es igual a la suma de los flujos que salen, más lo que
se almacenan (Tejeda op. cit., 1996). Esta es una razón muy importante para analizar si los
instrumentos de medición están colocados de tal manera que el área que monitorean es
similar para cada una de las variables del balance (fig. 3).

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 20
Figura 3: Áreas fuente de los sensores de covarianza turbulenta (QH, QE), radiómetro neto (Q*), calor del suelo (QG), y almacenamiento de
calor en el suelo ( QS).
Algunas de las razones para que no cierre el balance de energía superficial según Oncley
et al., (2002) son: errores en las mediciones, diferentes escalas de medición y áreas fuente
de los flujos, divergencias de flujo, tanto horizontales como verticales, almacenamiento de
energía, especialmente arriba de las medidas de flujo de suelo, condiciones de estado no
estables y terreno heterogéneo.
Para verificar la representatividad espacial de las mediciones, y explicar la fracción de error
inducida por las diferencias entre áreas fuente 3 de los sensores de covarianza turbulenta, es
necesario caracterizar las áreas de influencia para esos instrumentos, de acuerdo a los
métodos propuestos, por ejemplo, por Nava (2003) para el radiómetro neto, y el de Schmid
(1997) para el anemómetro sónico y el higrómetro de krypton; esta caracterización puede
identificar, o al menos puede auxiliar a identificar el posible origen de error en la medición
del balance energético atmosférico.
3 las áreas fuente o áreas de influencia (en inglés source area) se componen del conjunto de elementos que son
muestreados por las estaciones micrometeorológicas. Las dimensiones del área fuente dependen de la altura del
sensor, la aspereza superficial y la dirección del viento.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 21
Método de Razón de Bowen
En ambientes sin contribución de calor antropogénico (QF) se cumple la ecuación del
balance energético:
Q* = QH + QE + QG (10)
En donde, como ya se describió, QH es la disipación turbulenta de calor sensible de la
superficie hacia la atmósfera; QE, la ganancia o pérdida de calor por condensación o
evaporación; y QG, el flujo de calor almacenado en el suelo. Si se tiene una contribución
energética importante de origen antropogénico se tendrá que agregar al primer término de
la ecuación 10.
El flujo de calor sensible QH, es la energía utilizada para calentar el aire, y se puede estimar
a partir de la siguiente ecuación:
Dónde:
Q
H
dT
KH
vCp
(11)
dz
Cp es el calor específico del aire a presión constante, se puede asumir un valor promedio
con Cp=1.0035 kJ*Kg -1 °C -1 .
v es la densidad del vapor de humedad.
KH es el coeficiente de transferencia turbulenta, que depende de la velocidad del viento en
la horizontal, la rugosidad aerodinámica de la superficie, la altura de medición y la
estabilidad atmosférica vertical.
Tanto
v como Cp son constantes.
La ecuación anterior puede discretizarse considerando dos mediciones en dos
puntos e introduciendo el concepto de resistencia:
Q
H
a
vC
p
Tc
Ta
(12)
r
Donde Ta es la temperatura del aire, Tc es la temperatura en la superficie de intercambio y
ra es la resistencia aerodinámica o resistencia al flujo de calor en la capa límite airesuperficie
entre ambas alturas.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 22
Por otro lado, el flujo de calor latente QE nos permite estimar la transferencia de energía
calorífica en la forma de calor latente, con la siguiente ecuación:
Q
E
dq
K
wv
(13)
dz
Kw es el coeficiente atmosférico de transferencia de vapor de agua, v
es la densidad del
vapor húmedo, y q, la humedad específica.
La ecuación de balance puede ser simplificada si se introduce la siguiente relación:
Q
Q
H
(14)
E
Esta es la llamada razón de Bowen (), la que a su vez se puede conocer si se miden la
temperatura ambiente y la presión de vapor a dos alturas (Sargeant y Tanner, 1967; Tanner,
1988). Como puede verse, la relación de Bowen es la relación de los flujos de calores
sensible y latente.
Sustituyendo aproximaciones para el flujo de calor sensible y latente (evapotranspirativo),
y asumiendo que KH = KW, ya que la energía de transferencia es una función de la densidad
del aire para ambos términos. Si se expresa la humedad específica (q) en función de la
presión de vapor (ea) se obtiene la expresión para la relación de Bowen:
Q
Q
H v p
h
p
p a
1 2
(15)
e
K C
K
w
v
v
dT
dz
dq
dz
Donde P es la presión (hPa),
C
v
T
q
v es el calor latente de evaporación (MJ/kg)
C P T
e
v
a
T
e
CP, es el calor específico del aire a presión constante (MJ/kg ºK)
a
T T
e e
se refiere a la razón del peso molecular del agua/peso molecular del aire seco
T1,2 es la temperatura del aire (ºC) en los niveles 1 y 2
e1,2 es la presión de vapor (hPa) en los niveles 1 y 2
KH y KW son los coeficientes de intercambio turbulento de QH y QE respectivamente
La relación de Bowen se puede estimar usando la siguiente expresión, teniendo dos
mediciones de la temperatura y presión de vapor a dos alturas diferentes:
1
2

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 23
T T
e e
1
2
1 2
(16)
Los subíndices indican que las temperaturas (T) y las presiones de vapor (e) son medidos
a dos alturas diferentes (por ejemplo, a 1.0 m y 2.0 m sobre la superficie). De esta manera,
los flujos de calor sensible y evaporativo pueden ser derivados si la energía disponible (QH)
puede ser medida. Existen sistemas de adquisición automática de datos para estimar
directamente , que consisten en determinar la temperatura del aire y la presión de vapor a
dos alturas distintas.
Si se tienen mediciones de Q* (con el radiómetro neto, que consiste en dos sensores de
radiación dispuesto, horizontalmente, uno mirando al cielo y el otro mirando al suelo) y
QG (mediante placas sensoras que midan los flujos de calor en el suelo), se pueden despejar
las incógnitas QH y QE y así tener todas las componentes de la ecuación 1.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 24
ESTUDIOS DE BALANCE DE
ENERGÍA ATMOSFÉRICO EN
CIUDADES
En este capítulo se presentan estudios de balances de energía realizados al interior de
ciudades, orientados de manera particular a la capa de dosel urbano. El enfoque es muy
básico, fundamentado en las ecuaciones 1 o 2, comentadas en párrafos anteriores. La idea
fundamental es presentar en forma esquemática, secuencialmente ordenada en el tiempo,
las diversas investigaciones que se han realizado alrededor de ciudades del mundo, en el
que mediante, ya sea el método de covarianza turbulenta, o método de razón de Bowen, se
han medido algunas componentes del balance energético, mientras que algunas otras
componentes se han estimado o parametrizado a partir de algunas relaciones propuestas.
En la medida de lo posible se incluyen la cobertura del suelo o uso el suelo alrededor del
lugar de medición, lo que permitirá realizar la discusión en torno al papel que juegan estos
materiales en la partición de flujos de energía.
Aunque las campañas, aquí documentadas, que miden el balance de energía, son muy
localizadas, y de ninguna manera representan a las ciudades completas y sus alrededores,
estas campañas sirven para monitorear algunas partes del mosaico que constituyen la
ciudad, principalmente para entender el impacto del crecimiento urbano y la modificación
en el uso del suelo sobre el clima. Este es el primer paso necesario para la modelación del
balance de energía atmosférico (Ross y Oke, 1988), o de otros elementos del clima urbano,
como: a) la intensidad de la isla de calor urbano, que ha sido simulada por muchos autores,
siendo los primeros, Myrup (1969), Johnson et al., (1991) y Oke et al. (1991), basados en
datos de balance de energía; b) para modelar la circulación de vientos locales urbanos,
p.e., Sievers y Zdunkowski (1986) y Kerschgens y Kraus (1990) que reconocen que es
necesario estimar flujos de calor y de agua; c) otros autores como Richiardone y Brusaca
(1989) usan el calor sensible turbulento (su variación diurna y la diferencia entre puntos
urbanos y rurales) para lograr lo anterior, además de la estabilidad atmosférica vertical y
el tamaño de la ciudad. Para la ciudad de México, Jazcilevich et al. (2000), mencionado
por Tejeda y Jáuregui (2005) usaron parámetros de la ecuación de balance de energía para

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 25
generar la evolución histórica de temperatura del aire en la capa de dosel en términos de la
evolución de la expansión urbana y la planificación de la parte oriental de la ciudad.
Como se mencionó anteriormente, los estudios aquí referidos se orientan a la capa límite
urbana, principalmente a la capa de dosel urbana, en algunos puntos de varias ciudades del
mundo. Para realizar estudios de balance de energía o de estabilidad atmosférica, se debe
de monitorear el espesor de las capas que se desea analizar. No existe una sola respuesta
porque cada capa, o sub-capa, es de importancia intrínseca en el conocimiento de los
procesos físicos de la atmósfera. Por ejemplo, la capa superficial puede ser bastante
profunda como para visualizar la difusión de contaminantes en la atmósfera local, pero la
dispersión de polvo del desierto o cenizas de una erupción volcánica va más allá de la capa
límite planetaria.
Los instrumentos de medición constituyen otra fuente de restricción. Medir el balance de
energía es factible con imágenes de satélite, pero para detalles es mejor hacer mediciones
directas de las componentes del balance de energía. Si se dispone de suficientes sensores
como para hacer mediciones de flujos de energía verticales y horizontales, es posible
cuantificar el balance en cañones urbanos; el primer trabajo relacionado con este tema fue
el de Núñez y Oke (1977), que usó instrumentos conectados a graficadoras de tinta, para
mediciones en un cañón urbano en una calle que tenía 7.5 m de ancho, limitado por
edificios de 5 m de alto; se utilizaron 16 radiómetros (para medir radiación solar y
terrestre), 1 lisímetro, 7 radiómetros netos (para medir radiación neta), y 8 termómetros.
Además, cuantificaron el papel que desempeñan los materiales y la orientación de las
paredes, la cobertura superficial de la calle (en este caso hierba corta), y el ancho y altura
del cañón urbano. Estudios como el anterior son muy completos, pero además complejos,
por lo que no han proliferado, sin embargo, establecieron la base para la formulación
teórica del problema. Algunas campañas de medición, realizadas en Israel a fines del siglo
XX, y principios del siglo XXI, han medido perfiles verticales de viento, temperatura y
radiación, dentro y arriba de cañones urbanos (Pearlmutter et al. 1999), y en Suiza,
mediante el Experimento de Capa Límite Urbana de Basel (BUBBLE, por sus siglas en
inglés) ha habido también una serie de mediciones muy importantes (Rotach, 2005;
Christen et al., 2003, Roth et al., 2003).

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 26
La utilización de sensores remotos ha posibilitado hacer estudios de balance energético
superficial, con lo que se ha logrado estimar algunos flujos energéticos a gran escala (Iino
y Hoyano, 1996; Yang, 2000), pero las variaciones en usos del suelo, por ejemplo, en el
área urbana de San Luis, Missouri (Ching, 1985), ha demostrado que las medidas del flujo
de calor sensible pueden ser sustancialmente diferentes a las obtenidas en mediciones
puntuales hasta en un factor de 2 a 6, mientras que Schmid, op. cit., 1991, observó
variaciones en QH de ±40% en distancias de 100 a 1000 m.
Solamente cuando se aplican a regiones homogéneas (agrícolas o con vegetación nativa)
se producen estimaciones razonables de las densidades de flujo de calor sensible y calor
latente en la capa superficial, para casos en que no hay advección (Xinmei et al., 1993).
Los comentarios anteriores implican que estas técnicas no es posible usarlas en cortas
distancias de una ciudad por la diversidad de usos del suelo, por lo que la medición de las
componentes del balance in situ es más apropiada para evaluar los flujos energéticos en el
sistema suelo-atmósfera. Además, las mediciones puntuales son útiles para calibraciones
de mediciones con sensores remotos, ya sea de vuelos en avión o imágenes de satélite.
Para el estudio del balance energético, en esta revisión se ha utilizado el enfoque propuesto
por Oke, op. cit. (1988), en el que los flujos se han evaluado en un volumen imaginario
(véase figura 2), en el que el límite superior se ha puesto arriba del nivel del techo, y su
base en un espesor del suelo donde los intercambios de energía son muy pequeños, o
realmente no significativos en la escala de tiempo de consideración, lo que nos restringe a
la capa de dosel urbano. Este punto de vista tiene la ventaja de poder evaluar cada uno de
los flujos energéticos, a excepción del flujo de calor del suelo, que como veremos más
adelante generalmente se estima como el residual de los otros flujos.
Así que, brevemente, en esta revisión la evaluación del balance energético suelo-atmósfera
se ha realizado en el tope del dosel urbano, es decir, de unos 10 a 20 metros sobre la azotea
de los edificios, o en alturas aún mayores, a excepción de campañas de mediciones
documentadas en algunas áreas rurales y áreas con vegetación, donde se monitorea la capa
límite rural.
Se describen en secciones independientes los estudios de balance de energía atmosférico
para ciudades (sub)tropicales y para ciudades de latitudes medias, partiendo del hecho de

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 27
que los cambios en el uso del suelo, la vegetación y la morfología superficial son diferentes
y de que, por tanto, los procesos que conducen a la partición de energía no son iguales.
Estudios de Balance de Energía en Ciudades Tropicales
El primer trabajo realizado en torno a este tema fue el desarrollado por Oke et al. (1992)
basado en mediciones realizadas para la ciudad de México en 1985. De esa fecha hasta hoy
se han publicado alrededor de catorce estudios, tanto en lenguaje inglés como en español
(Tabla 1). No solamente se citan estudios publicados en revistas con factores de impacto,
sino también los conseguidos en reportes técnicos y tesis.
Cuadro 1 Resumen de estudios de balance de energía en ciudades tropicales (subtropicales). QH es densidad de flujo de calor sensible, QE
densidad de flujo de calor latente, ΔQS densidad de flujo de calor almacenado. CT: técnica de medición de Covarianza Turbulen
Ciudad, País
Ciudad de
México,
México
Tucson,
Arizona,
EE. UU.
Ciudad de
México,
México
Ciudad de
México,
México
Miami,
Florida,
EE. UU.
Latitud/Longitud
/
Altitud (msnm)
19°25’ N
99°10’ W
2250
32°07’ N
110°56’ W
776
19°25’ N
99°10’ W
2250
19°25’ N
99°10’ W
2250
25°44’ N
80°22’ W
2
Periodo medición
(días medidos)
3/Febrero al
31/Marzo/1985
(56)
10-23/Junio/1990
(13)
1-7/Diciembre/
1993
(7)
16-19/Mayo,
28/Junio al
3/Julio/1995
(10)
13/Mayo al
21/Junio/1995
Referencia
Oke et al.,
1992
[68]
Grimmond y
Oke, 1995
[26]
Oke et al.,
1999
[69]
Barradas et
al., 1999
[6]
Grimmond y
Oke, 1999;
Comentarios
Temporada: cálido seco.
Sitio: Tacubaya.
Método: CT
Q H medido; ΔQ S calculado
como residual; Q E
parametrizado.
Temporada: cálido con
lluvias de verano.
Sitio: Residencial.
Método: CT.
Q H y Q E parametrizados.
ΔQ S calculado como
residual.
Temporada: período frío
seco.
Sitio: Palacio de Minería.
Método: CT.
Q H y Q E parametrizados.
ΔQ S calculado como
residual.
Temporada: fin del período
seco e inicio del período
húmedo.
Sitio: UNAM (suburbano con
vegetación).
Método: Razón de Bowen.
Temporada: período cálido y
húmedo.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 28
Ciudad de
México,
México
Mexicali,
México
Néguev,
Israel
Ouagadougo
u, Burkina
Faso, Sahel
Puebla,
México
Ciudad de
México,
México
Cairo, Egipto
19°25’ N
99°10’ W
2250
32°37’ N
115°26’ W
5
30º 50’ 00” N
34º 40’ 00” E
475
12°22’ N
1°31’ W
300
19°03’ N
98°12’ W
2160
19º 24’ 00” N
99º 10’ 00” W
2240
30º 01’ 33” N
31º 12’ 27” E
22
(40) Newton et al.,
2007
1-14/Diciembre/
1998
(14)
18-22/Marzo/
2001
(5)
10-19/Julio/2001
(10)
Febrero/2002 a
Enero/2003
(360)
1-7/Abril/2003
(8)
17-30/Marzo/
2006
(14)
20/Noviembre/
2007 a
20/Febrero/2008
(93)
[28], [55]
Tejeda-
Martínez y
Jáuregui,
2005
[91]
García-Cueto
et al., 2003
[20]
Pearlmutter et
al., 2005
[73]
Offerle et al.,
2005
[58]
Molina, 2013
[50]
Velasco et al.,
2011
[94]
Frey et al.,
2011
[18]
Sitio: complejo residencial
de 1 nivel.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Período frío seco.
Sitio: Escuela Preparatoria
No. 7
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada de primavera.
Sitio: zona educativa,
residencial y comercial
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: periodo de
verano; clima cálido, árido y
seco.
Sitio: Mediciones in situ en
un modelo físico a escala,
construido en el exterior para
simular las condiciones de
interacción urbana con la
atmósfera.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: periodo seco.
Sitio: Distrito Central de
Negocios, periferia urbana y
residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos.
ΔQ S se calculó por modelado.
Temporada: período seco
cálido
Sitio: Residencial, comercial.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: Periodo cálido.
Sitio: zona comercial urbana,
residencial y comercial de la
ciudad de México; en azotea
de un edificio.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: Periodo de
invierno. Región de clima
árido.
Sitio: 3 sitios representativos
de la región (urbano,

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 29
Phoenix-
Arizona,
EE. UU.
Sao Paulo,
Brasil
33º 26’ 00” N
112º 04’ 00” W
331
22º 07’ 47” S
51º 24’ 31” W
425
Diciembre 2011-
Febrero 2012;
Mayo-Agosto,
2012
(214)
11/Junio a
31/Octubre/2012
(143)
Chow et al.,
2012
[12]
Barboza y
Machado,
2015
[7]
suburbano agrícola y
suburbano desierto). En el
urbano, sobre el techo de un
edificio céntrico.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos
Temporada:
Tres
temporadas, típicas del clima
local (invierno, pre-monzón
y monzón).
Sitio: ciudad de clima cálido
y árido dentro de un sitio
residencial suburbano.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: verano con
clima seco
Sitio: realiza mediciones en 6
sitios urbanos y suburbanos
de la región oeste de Sao
Paolo.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
De la tabla 1 se observa que el 50% de los estudios realizados en ciudades (sub)tropicales
se han hecho en ciudades de México, y más del 70% de ellos en la ciudad de México;
solamente dos de ellos, el de Mexicali y el de Puebla, fuera de esa gran urbe. Destaca
también el hecho de que solo un estudio, de esos 14 mencionados en la tabla 3, se ha
realizado en el Polo sur, específicamente en Sao Paulo, Brasil; para el continente africano
se han realizado dos estudios, el primero de ellos en Ouagadougou, Burkina Faso, y el
segundo en El Cairo, Egipto. En el continente asiático se ha realizado el estudio de BEA
para la ciudad de Néguev, Israel. Las ciudades de Tucson, Miami y Phoenix figuran entre
las ciudades sureñas de Estados Unidos que también han realizado estudios de BEA.
Tal y como se aprecia de la tabla 1, la temporada, y oportunidad, en la que se realizaron las
mediciones fue diferente para cada ciudad, al igual que el uso del suelo y tiempo en días
de cada campaña de medición. A excepción del experimento realizado por Barradas, et al.,
1999, en que utilizó el método de razón de Bowen, en todas las demás ciudades se utilizó
el método de covarianza turbulenta. En lo que respecta a los flujos de calor, en la mayoría

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 30
de los experimentos, se midió Q*, QH y QE, y se estimó como residual a ΔQS. Vale la pena
comentar que QE se parametrizó solamente en el estudio de Oke et al., (1992).
En la tabla 2 se presenta la instrumentación utilizada, e información complementaria, tal
como la compañía manufacturera y la altura a la que estuvieron posicionados los
instrumentos durante las campañas de medición realizadas.
Cuadro 2 Instrumentación, compañía manufacturera y altura de posicionamiento de los instrumentos en las campañas de medición de balance de
energía atmosférico en las ciudades (sub)tropicales. Fabricante: CS-Campbell Scientific; K&Z-Kippen and Zonnen.
Ciudad, País (año y mes
de experimento)
[referencia]
Ciudad de México, México
(1985, Feb-Marzo)
[68]
Instrumentación
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Radiómetro neto (S1net)
Fabricante
Altura
de
Instrum
entos
(m)
CS
Swissteco 28
Tucson, AZ, EE. UU.
(1990, Jun.)
[26]
Ciudad de México, México
(1993, Dic.)
[69]
Ciudad de México, México
(1995, May-Jul.)
[6]
Miami, Florida, EE. UU.
(1995, May.-Jun.)
[28;55]
Ciudad de México, México
(1998, Dic.)
[91]
Mexicali, México
(2011, Marzo)
[20]
Negev, Israel
(2001, Jul.)
[73]
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto(S1net)
• Sensor de humedad y temperatura (MP100H)
• Anemómetro y veleta (Met-One 012A;024A)
• Radiómetro neto (S1net)
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Sensor de temperatura IR (Everest 4000L)
• Radiómetro neto (REBS Q6)
• Placas de flujo de calor en suelo (HFT-1)
• Sensor de punto de rocio (DEW-10)
• Anemómetro y veleta (03001 RM)
• Adquisitor de datos (21X)
• Pirgeómetro (PIR Eppley)
• Radiómetro neto (REBS Q6)
• Anemómetro sónico (Windmaster-3D)
• Anemómetro (---)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Sensor de humedad y temperatura (HMP 35C)
• Radiómetro neto (REBS Q7-1)
• Anemómetro sónico (--- )
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Adquisitor de datos (21X)
• Radiómetro neto (REBS Q*7-1)
• Anemómetro sónico (CSAT3)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (REBS Q7-1)
• Radiómetro neto (CNR1)
• Anemómetro sónico 3D (---)
CS
CS
Swissteco
Rotronics
Met One Instruments
Swissteco
CS
EnviroTherm
CS
CS
General Eastern, Usa
RM Young
CS
Eplab
CS
Gill Instruments
RM Young
CS
CS
CS
CS
CS
CS
CS
CS
CS
CS
K&Z
MeTech USA-1
25.6
28
2.25
10
18
19
0.7 - 1.4
*escala

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 31
Ouagadougou, Burkina Faso,
Sahel
(Feb. 2002-Ene.,2003)
[58]
Puebla, México
(2003, Abr.)
[50]
Ciudad de México, México
(2006, Marz)
[94]
Cairo, Egipto
(Nov.,2007-Feb., 2008)
[18]
Phoenix- Arizona, EE. UU.
(Dic., 2011-Agt.,2012)
[12]
Sao Paolo, Brasil
(2012, Jun.-Oct)
[7]
*CS-Campbell Scientific, K&Z-Kipp & Zonnen
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500) CS-Li Cor
• Piranómetro (LI-200SA)
Licor
• Radiómetro neto (Q7.1)
CS
• Termopares IR (IRTC OS36)
Omega
• Sensor de temperatura IR (Raytek CI y TC)
Raytek
• Anemómetro sónico (81000)
RM Young.
• Higrómetro de krypton (KH20)
CS
• Sensor de humedad y temperatura (MP100H) Rotronics
• Radiómetro neto (Q7.1)
• Anemómetro sónico (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Adquisitor de datos (21X)
• Radiómetro neto (CNR1)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (OP.2 IRGA)
• Anemómetro sónico (SAT I3K)
• Radiómetro neto (CNR1)
• Anemómetro sónico 3D (CSAT3)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Piranómetro (CM22)
• Pirgeómetro (CG4)
• Anemómetro sónico (CSAT3)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Termohigrómetro (HMP4SAC)
• Radiómetro neto (NR01)
• Radiómetro neto (NR-Lite 2)
• Termohigrómetro (HC2S3)
• Adquisitor de datos (CR3000)
• Pirgeómetro (PG4)
• Anemómetro sónico 3D (CSAT3)
CS
CS
CS
CS
K&Z
AppliedTechnologie
Inc
ADC BioScientific
K&Z
CS
Li Cor
K&Z
K&Z
CS
Li Cor
Vaisala
Hukseflux
K&Z
CS
CS
K&Z
CS
18
21
42
27
22
3
En la mayoría de los casos, los sitios en los que se han realizado mediciones son
predominantemente residenciales con casas de uno a dos pisos y algo de vegetación
alrededor de los edificios. Una excepción es el centro de la ciudad de México,
específicamente en el Palacio de Minería. Ningún estudio toma en cuenta la contribución
antropogénica de calor (por automóviles, aire acondicionado, etc.), y buena parte de las
observaciones se han realizado en el período seco, con cielo mayormente despejado,
excepto en los casos de Miami y Tucson que se realizaron a principios del período húmedo,
en el caso de la primera ciudad, y cuando el monzón está en su apogeo, en el caso de la
segunda ciudad.
Para tener una idea de la repartición de energía neta, se presenta un ensamble (promedio
horario) de los flujos del balance de energía para algunas ciudades tropicales. Al no tener

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 32
acceso a la base de datos se ha recurrido al copy-paste (copiado-pegado) a partir de los
estudios originales de distintos autores; lo anterior tiene dos limitaciones: 1) la calidad de
la figura(s) difiere considerablemente, y 2) no todos los artículos consultados tienen este
ensamble de flujos. La segunda limitación, no así la primera, fue subsanada al presentar en
una tabla un promedio de los flujos normalizados por la radiación neta.
Comparando los flujos de energía para los cinco lugares de la ciudad de México en los que
se han realizado mediciones, se puede observar qué tanto de la partición de energía depende
de las características del lugar. En el caso de Tacubaya se midió una considerable cantidad
de flujo de calor latente, ya que este sitio se localiza en un área cuyo de uso de suelo es
residencial, comercial e industrial con algo de vegetación (fig. 4); en un área densamente
construida, como es el Palacio de Minería, con muy poca vegetación, el flujo de calor
almacenado está por encima del flujo de calor sensible, como resultado de una alta inercia
térmica, provocado por los alrededores del lugar (fig. 5). En el caso del sitio suburbano con
vegetación (UNAM), el flujo de calor latente domina al flujo de calor sensible, mientras
que el almacenamiento de calor no es importante (fig. 6). La Escuela Preparatoria No. 7,
ubicada en un área urbana de alta densidad, con edificios de tres a cuatro pisos, con suelo
pavimentado en un 90%, y casi sin vegetación, presenta un flujo de calor diario, similar al
Palacio de Minería, no solamente porque ambas campañas fueron realizadas en un mes frío
seco (diciembre), sino porque las áreas de influencia de los sensores están carentes de
vegetación (fig. 7); el flujo de energía para evaporación no fue mayor al 20%, mientras que
el valor nocturno del calor almacenado en la superficie es sobresaliente.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 33
Figura 4 BEA en la baja atmósfera en 15 días despejados del 3 de febrero al 31 de marzo de 1985 en el sitio de Tacubaya de la ciudad de
México, México. Tomada de Tejeda-Martínez y Jáuregui, 2005.
Figura 5 BEA en la baja atmósfera el 3 de diciembre de 1993 en el sitio del Palacio de Minería de la ciudad de México, México. Tomada de
Tejeda-Martínez y Jáuregui, 2005.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 34
Figura 6 BEA en la baja atmósfera el 1 de julio de 1995 en el sitio de UNAM (reserva suburbana con vegetación) de la ciudad de México,
México (día parcialmente nublado). Tomada de Tejeda-Martínez y Jáuregui, 2005.
Figura 7 BEA en la baja atmósfera del 10 al 23 de junio de 1990 en un Preparatoria No. 7 de la ciudad de México, México. Tomada de
Tejeda-Martínez y Jáuregui, 2005.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 35
En las dos ciudades con clima árido seco, Mexicali y Tucson, tal y como se esperaba, el
flujo de calor sensible, QH, muestra magnitudes grandes durante el período diurno (figuras
8 y 9). El hecho de que haya una proporción mayor de vegetación, y tal vez riego para
mantener el verdor de las especies arbóreas y césped, causa valores relativamente grandes
de calor latente, QE, hasta las primeras horas de la tarde en Tacubaya en la ciudad de
México, lo que reduce la cantidad de energía disponible para almacenamiento, comparado
con, por ejemplo, para la ciudad de Mexicali.
Figura 8 BEA en la baja atmósfera del 18 al 22 de marzo de 2001 en el sitio del Instituto de Ingeniería de la UABC de la ciudad de
Mexicali, México. Tomada de García-Cueto et al., 2003.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 36
Figura 9 BEA en la baja atmósfera del 10 al 23 de julio de 2001 en un sitio suburbano de Tucson, AZ, EE. UU. Tomada de Grimmond y
Oke, 1995.
En cuanto a la ciudad de Ouagadougou, Burkina Faso (fig. 10), los flujos de energía
importantes son el de calor sensible y el calor almacenado; debido a la cobertura de árboles,
aproximadamente un 10% de la superficie activa, el flujo de calor latente es significativo
por lo que no puede ignorarse.
Figura 10 BEA en la baja atmósfera del 8 al 20 de febrero de 2003 en un sitio urbano residencial de la ciudad de Ouagadougou, Burkina
Faso. Tomada de Offerle et al., 2005.
En la ciudad de Miami el balance de energía (fig. 11), como veremos posteriormente, es
similar al de climas templados; el flujo dominante de calor es el sensible, que alcanza un

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 37
valor máximo entre las 12 y las 14 horas, y a pesar de ser un lugar tropical húmedo, el flujo
de calor latente es más pequeño de lo que podría esperarse, tal vez por la reducida
evaporación que es provocada por el déficit de presión de vapor.
Figura 11 BEA en la baja atmósfera del 13 de mayo al 21 de junio de 1990 en un sitio suburbano de la ciudad de Miami, FL, EE. UU.
Tomada de Newton et al., 2007.
Para el caso de Néguev, Israel, debido a sus condiciones consistentemente áridas el flujo
de calor latente (QE) es ignorado; QS y QH presentan valores parecidos con un desfase
diurno, lo que es particularmente parecido con la ciudad de Mexicali, México (fig. 12).
Figura 12 BEA en la baja atmósfera del 10 al 19 de junio de 2001 en Néguev, Israel. Tomada de Pearlmutter et al., 2005.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 38
Para la ciudad de Puebla, México, prevalecen los flujos de calor sensible y el
almacenamiento de calor en el suelo, con los valores más pequeños para el flujo de calor
latente (fig. 13).
Figura 13 BEA en la baja atmósfera del 1 al 7 de abril de 2003 en un sitio urbano comercial-residencial de la ciudad de Puebla, México.
Tomada de Molina, 2013.
Para la ciudad de Phoenix, AZ, todos los flujos muestran distintas variaciones estacionales
con las magnitudes más grandes en los meses de verano (pre-monzón y monzón, fig. 14).
La mayor parte de la energía diurna se reparte en QS, seguida de QH y QE. Se observa un
cambio de fase, mucho después del mediodía cuando QH > QS, comparando el invierno
vs verano, lo que es indicativo de condiciones turbulentas más grandes durante el verano.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 39
Figura 14 Promedios estacionales de BEA en la baja atmósfera entre los años 2011-2013 en un sitio suburbano de la Phoenix, AZ, EE.
UU. Tomada de Chow et al., 2012.
En todas las estaciones se observa que QH es negativo en las noches, lo que es indicador
de condiciones neutras/estables en ese período. Dadas las características áridas del sitio se
tienen bajos valores de QE, que se incrementan ligeramente durante los meses de verano,
sobre todo en el período del monzón. Cuando se compara con otros lugares secos (Roth,
2007) los datos de QE son relativamente altos, a pesar de la superficie árida y bajas
condiciones de humedad del suelo. Este resultado sugiere un fuerte efecto de oasis urbano
a escala local, debido probablemente a la evapotranspiración integrada de micro-escala
desde los jardines con césped y especies de árboles no nativas.
En todas las figuras mostradas de las diferentes ciudades (sub)tropicales se muestra un
patrón de histéresis entre Q* y QH, con un QH realzado por la tarde, respecto al que se
presenta por la mañana. Es claro que QE varía ampliamente en función de la disponibilidad
de humedad en la superficie, que a su vez depende de la vegetación y de la irrigación para
mantener las áreas verdes.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 40
En la tabla 3 se documentan los resultados de los flujos de energía en la baja atmósfera en
las ciudades (sub)tropicales, normalizados por la radiación neta (Q*), así como, para cada
sitio de medición de cada ciudad estudiada, información sobre uso y cobertura del suelo,
alrededor del lugar de medición. La razón de usar flujos normalizados es para eliminar el
efecto de las diferencias en la radiación neta y con lo anterior realizar una comparación de
los demás flujos energéticos.
De manera general se observa que para la ciudad densamente urbanizada de México, y
ciudades ubicadas en zonas áridas, Mexicali y Tucson, prácticamente carentes de
vegetación, la razón de QH/Q* es mayor, comparada con QE/Q*, que se refleja en valores
grandes de razón de Bowen (última columna de la tabla 3). Aunque esta relación parece
clara, no hay una relación lineal entre el área construida, la morfología urbana y el potencial
de calentamiento directo del aire. Parece probable que, mientras que en general QH/Q* se
incrementa con la fracción de la superficie cubierta por superficies construidas o
impermeables, cualesquier relación está modulada por la disponibilidad de agua, y por
tanto el cociente de QE/Q*, y la eficiencia de almacenamiento en el suelo, lo que tiene que
ver con la razón de QS/Q*.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 41
Cuadro 3 Uso del suelo/cobertura del suelo y flujos de energía, normalizados por Q*, para las ciudades (sub)tropicales.
Ciudad, País (año y mes)
[Referencia]
(Uso de suelo/Cobertura de suelo)
Ciudad de México, México
(1985, Feb-Marzo)
[68]
Urbano. Área mixta de zonas residenciales,
comerciales e industriales; rodeado de
edificios de 5m de altura en promedio;
cobertura de suelo con áreas verdes 23%,
pavimento 16%, techos de edificios 23%, y
cañones urbanos 38%.
Tucson, AZ, EE. UU.
(1990, Jun.)
[26]
Suburbano. Residencias de un solo nivel,
paisaje seco, vegetación da bajo uso de
agua. Construcciones 20.7%, pavimentos
37.0, lotes baldíos 17.5%, árboles y arbustos
12%, pastos sin irrigación 12.9%.
Ciudad de México, México
(1993, Dic.)
[69]
Oficinas gubernamentales, museos, iglesias,
oficinas de correos, educativa y comercial.
Edificios piedra o concreto con techos de
concreto, brea, lámina y tejas. Calles de
concreto, asfaltadas, superficies con
azulejos, adoquín y losas.
Ciudad de México, México
(1995, May-Jul.)
[6]
Mediciones realizadas en una zona urbana
rodeada de vegetación. La cobertura de
suelo del sitio, se compone de campos
deportivos, jardines, caminos y áreas de
piedra volcánica y asfalto, así como
edificios de 2-8 m. de altura en promedio.
Miami, Florida, EE. UU.
(1995, May.-Jun.)
[28; 55]
Suburbano residencial. Suburbano con
residencias de un solo nivel, con jardines,
árboles en las calles y patios cubiertos de
césped.
Razón de Flujos de Energía
QH/Q* QE/Q* ΔQS/Q* β= QH/ QE
0.34 0.30 0.36 1.12
0.52 0.25 0.23 2.08
0.38 0.04 0.58 9.9
Temporada
seca: 0.69
Temporada
húmeda: 0.27
0.07
0.03
0.25
0.70
1.92
0.04
0.42 0.27 --- 1.55

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 42
Ciudad de México, México
(1998, Dic.)
[91]
Sitio urbano, cerca del centro de la ciudad y
rodeado principalmente de edificios
comerciales y áreas residenciales; con
aproximadamente un 90% de áreas
pavimentadas y escasa vegetación en la
cobertura del suelo.
Mexicali, México
(2001, Marzo)
[20]
Mediciones realizadas en un área rural y otra
suburbana. El área suburbana fue un campus
universitario, rodeado de vegetación y
campos deportivos, edificios, zonas
residenciales y amplias calles de asfalto y
concreto.
0.51 0.005 0.48 3.89
0.56 0.11 0.33 2.0
Negev, Israel
(2001, Jul.)
[73]
Un modelo construido a escala en un área
17x20m, intenta simular las condiciones
superficiales de una zona urbana idealizada
sin vegetación y con pavimento de concreto
y suelo natural. El experimento se realizó en
2 escalas diferentes de obstáculos (0.2 y
0.4m).
(Modelo-0.2)
0.75
(Modelo-0.4)
0.71
---
---
0.25
0.29
---
---
Ouagadougou, Burkina Faso, Sahel
(Feb. 2002-Ene.,2003)
[58]
Negocios, residencial tradicional,
residencial moderno de varios pisos de
altura. Edificios altos de concreto y acero de
refuerzo, asfalto, adoquín, residencias de
concreto, techos de lámina corrugada.
Puebla, México
(2003, Abr.)
[50]
Sitio urbano, cercano al centro histórico con
edificios coloniales, cuya altura fluctúa
alrededor de los 5 m. Principal material de
construcción es de piedra y ladrillo.
0.41 0.11 0.47 3.7
0.18 0.005 0.74 32.45
Ciudad de México, México
(2006, Marzo)
Días fríos:
0.37
0.13
0.13
0.60
0.50
3.48
2.91

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 43
[94]
Realizado en una zona urbana, residencial,
comercial y cercana al centro de la ciudad.
El sitio de estudio es clasificado como
“compact housing” y se ubica sobre una
orografía mayormente llana y homogénea
en materiales, densidad y altura de
construcciones. Las coberturas
predominantes son: suelo residencial
comercial (57%), vegetación (6%),
caminos, calles y suelos impermeables
(37%)
Cairo, Egipto
(Nov.,2007-Feb., 2008)
[18]
Se analizan las mediciones de flujo y
transporte de energía en 3 sitios
característicos de la región (urbano,
suburbano agrícola y suburbano desértico).
En el sitio urbano (Campus de la
Universidad de Cairo), predominan
edificios altos, tráfico de autos y caminos y
calles pavimentadas; a los alrededores
existen algunas áreas verdes y parques con
campos botánicos.
Días cálidos:
0.38
Q H 48.5
W/m 2
Q* 158
W/m 2 Q E 19.4
W/m 2
Q* 158
W/m 2 ---
---
1.9
Phoenix- Arizona, EE. UU.
(Dic., 2011-Agt.,2012)
[12]
Con mediciones in situ dentro de un amplia
área residencial suburbana de Phoenix, se
definieron alrededor de la torre de
monitoreo, coberturas de suelo de: edificios
(26%), caminos y asfalto (20%), árboles y
pasto (14%) y suelo sin cubierta de
pavimento (36%)
Q H 0-200 Q E 40-60
W/m 2 W/m 2
Q* 400 Q* 400
W/m 2 W/m 2
ΔQ S Q H 0-200
250 W/m 2 W/m 2
Q* 400 Q E 40-60
W/m 2 W/m 2
Sao Paolo, Brasil
(2012, Jun.-Oct)
[7]
Con mediciones realizadas en seis
localidades del suroeste de Sao Paolo, con
diferentes características de suelo (urbanas,
suburbanas y rurales). Algunos de los tipos
de cobertura de suelo dominantes, fueron:
áreas verdes, coberturas verdes con pocos
árboles, pavimento con área de árboles,
cobertura irregular de árboles y superficies
mixtas.
--- --- --- 0.3 -0.7

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 44
Estudios de Balance de Energía en Ciudades de
Latitudes Medias
Comparado con los estudios de balance de energía en ciudades de latitudes (sub)tropicales,
los realizados en ciudades de latitudes medias dan un total de 19, es decir, son superados
solamente por cinco estudios; una diferencia importante es que en el caso de ciudades
(sub)tropicales, como se mencionó, el 50% de los estudios se han realizado para distintos
sitios de la ciudad de México, mientras que para las latitudes medias todos los estudios se
han realizado para distintas ciudades, tanto de América (principalmente Canadá y Estados
Unidos), como de Europa y Asia. En la tabla 4 se presenta un resumen de esos estudios. Se
observa que en todas las campañas de mediciones se utilizó el método de covarianza
turbulenta para medir las densidades de flujos de calor sensible y calor latente. La densidad
de flujo de calor almacenado, en todos los casos, fue estimada como un residual de los
otros flujos (incluyendo, por supuesto, la medición directa de la radiación neta).
Cuadro 4 Resumen de estudios de balance de energía en ciudades de latitudes medias. QH es densidad de flujo de calor sensible, QE densidad de
flujo de calor latente, ΔQS densidad de flujo de calor almacenado. CT: técnica de medición de Covarianza Turbulenta.
Ciudad, País
Sacramento,
CA, EE. UU.
Chicago, IL,
EE. UU.
Vancouver
BC, Canadá
Los Ángeles
CA, EE. UU.
Latitud/Longitud/
Altitud (msnm)
38°39’ N
121°30’ W
9
41°57’ N
87°48’ W
181
49°15’ N
123°18’ W
82
34°08’ N
118°03’ W
71
Periodo de medición
(días medidos)
20-28/Agosto/1991
(8)
1-31/Julio/1992
(31)
6-13/Julio/1989
24/Julio al
17/ Septiembre/1992
(55)
4/Julio al
11/Agosto/ 1993
(38)
Referencia(s)
Grimmond et al.,
1993
Grimmond y Oke,
1995
[25;26]
Grimmond et al.,
1994
[24]
Roth y Oke, 1994
Grimmond y Oke,
1999
[79; 28]
Grimmond y Oke,
1995
[26]
Comentarios
Temporada: verano.
Sitio: Residencia.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada: verano.
Sitio: Residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada: verano.
Sitio: Residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada: verano.
Sitio: Residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 45
Arcadia, Los
Ángeles, CA,
EE. UU.
San Gabriel,
Los Ángeles,
CA, EE. UU.
Edimburgo,
Escocia
34°7′ N
118°2′ W
147
34°09′ N
118°10′ W
128
55º 57’ 17” N
03º 10’ 52” W
102
8-26/Julio/1994
(18)
8-26/Julio/1994
(18)
28 /Octubre al
30/Noviembre/2000
(34)
Grimmond et al.,
1996
[27]
Grimmond et al.,
1996
[27]
Nemitz et al.,
2002
[54]
Temporada: verano.
Sitio: residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada: verano.
Sitio: residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada: durante otoño, en una
ciudad de clima marítimo
moderado.
Sitio: parte más alta de una torre de
piedra, situada en el punto más alto
de la zona.
Método: CT.
Q*, QH y QE medidos.
Christchurch,
Nueva
Zelanda
Tokyo, Japón
Lódz, Polonia
Barcelona,
España
Marsella,
Francia
Basel, Suiza
43° 33' S
172° 47' E
920
35° 34' N
139° 41' E
40
51°46’ N
19°27’ E
180-235
41º 22’ 57” N
2º 10’ 37” E
250-500
43º 29’ 00” N
5º 38’ 00” E
13
47° 00' N
8° 00' E
510
29/Enero al
18/Febrero/1996
16/Julio al 9/Agosto/
1997
(45)
1/Mayo/2001 al
30/Abril/2002
(365)
1/Junio al
30/ Septiembre/2001
(120)
16 y 19-21/Junio/
2001
(4)
4-11/Julio/2001
(7)
10/Junio al
10/Julio/2002
(30)
Spronken-Smith,
2002
[87]
Moriwaki y Kanda,
2004
[51]
Offerle et al., 2006a
[59]
García et al., (2012)
[19]
Roberts et al., 2006
[76]
Christen y Vogt,
2004
[14]
Temporada: Verano e Invierno.
Sitio: Zona comercial y
residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada de Verano e Invierno.
Sitio: Residencial.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada de verano e invierno.
Sitio: Residencia.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S=n.a.
Temporada: durante verano.
Clima templado del Mediterráneo
Sitio: mediciones en una ciudad
costera del Mediterráneo con alta
densidad urbana.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: clima cálido y seco,
durante el verano.
Sitio: centro de la ciudad, en una
azotea de un edificio; zona de alta
densidad urbana.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: Se incluye un periodo
anual con un enfoque en el verano.
Sitio: centro de la ciudad,
suburbano, rural.
Método: CT.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 46
Melbourne,
Australia
Greenwood,
Kansas City,
Missouri,
EE. UU.
Helsinki,
Finlandia
Ciudad Kanto,
Japón
Londres,
Reino Unido
Beijing, China
37º 49’ 00” S
144º 53’ 00” E
10
38°51’ N
94°20’ W
231
66º 20’ 00” N
24º 96’ 00” E
26
39º 04’ 00” N
139º 07’ 00” E
14
51º 30’ 00” N
07º 00’ 00” W
20
39º 58’ 00” N
116º 42’ 00” E
50
1/Agosto/2003 al
31/Julio/2004
(365)
1-17/Agosto/2004
(17)
1/Diciembre/2005 al
31/Agosto/2006
(270)
1/Abril/2006 al
31/Marzo/2007
(365)
Octubre 2008 a
Marzo 2012
(3.5 años)
1/Julio/2009 al
30/Junio/2010
(365)
Coutts et al., 2007
[15]
Balogun et al., 2009
[5]
Vesala et al., 2008
[97]
Kawai y Kanda, 2010
[38]
Kotthaus y
Grimmond, 2014
[40]
Miao et al., 2012
[49]
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada: aproximadamente un
año de mediciones.
Sitio: 3 lugares con alta, media y
baja densidad urbana; un sitio
rural.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: verano con 17 días de
mediciones.
Sitio: residencial con vegetación.
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S calculado
como residual.
Temporada: invierno, primavera y
verano
Sitio: torre de mediciones en zonas
con superficies urbanas
heterogéneas y presencia de
vegetación a los alrededores de la
ciudad.
Método: CT.
Q*, Q H, Q E y flujo C0 2 medidos
Temporada: un año de mediciones.
Sitio: mediciones de balance de
energía en la ciudad, utilizando el
modelo COSMOS, el cual consiste
en una ciudad diseñada a escala, e
idealizada sin actividad humana,
ni vegetación y homogénea en la
geometría urbana.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: mediciones de más de
3 años en un clima templado y
lluvioso marino.
Sitio: 2 torres de medición
cercanas entre si (azoteas de
edificios), localizados en una zona
de alta densidad urbana.
Método: CT.
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual
Q F modelado.
Temporada: Clima cálido y
húmedo. Veranos cálidos y
lluviosos; inviernos fríos y secos.
Sitio: mediciones realizadas en
una torre de 325m de altura en el
centro de la ciudad; se comparan
mediciones a 3 distintos niveles.
Método: CT.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 47
Oberhausen,
Alemania
51° 28' N
6° 52' E
47
15/Agosto/2010 al
15/Abril/2011
(270)
Goldbach y Kuttler ,
2013
[21]
Q*, Q H y Q E medidos; ΔQ S
calculado como residual.
Temporada: se considera el
análisis de 9 meses.
Sitio: Hospital
Método: CT.
Q H y Q E medidos; ΔQ S no
considerado.
En la tabla 5 se presenta la instrumentación utilizada, e información complementaria, tal
como la compañía manufacturera y la altura a la que estuvieron posicionados los
instrumentos durante las campañas de medición realizadas.
Cuadro 5 Instrumentación, compañía manufacturera y altura de posicionamiento de los instrumentos en las campañas de medición de balance de
energía atmosférico en las ciudades de latitudes medias. Fabricante: CS-Campbell Scientific, K&Z-Kippen & Zonnen
Ciudad, País (año y mes
de experimento)
[Referencia]
Sacramento, CA, EE. UU.
(1991, Agt.)
[25; 26]
Chicago, IL, EE. UU.
(1992, Jul.)
[24]
Instrumentación
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (S1net)
• Probeta temperatura/humedad relativa (CSI 207)
• Anemómetro (RM Young)
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (S1net)
• Sensor de humedad y temperaturas (HMP 35C)
• Radiómetro neto (Q6)
• Anemómetro (RM Young)
Fabricante
CS
CS
Swissteco
CS
RM Young
CS
CS
Swissteco
CS
REBS
RM Young
Altura
de
Instrum
entos
(m)
29
18
Vancouver BC, Canadá
(1992, Jul.-Sept.)
[79; 28]
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (S1net)
CS
CS
Swissteco
30
Los Angeles CA, EE. UU.
(1993, Jul.-Agt.)
[26]
Arcadia, Los Ángeles, CA,
EE. UU.
(1994, Jul.)
[27]
San Gabriel, Los Ángeles,
EE. UU.
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (Q6)
• Sensor de humedad y temperaturas (HMP 35C)
• Anemómetro (RM Young)
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (Q6)
• Piranómetro (LI-200SA)
• Sensor de humedad y temperaturas (HMP35C)
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
CS
CS
REBS
CS
RM Young
CS
CS
REBS
Li Cor
CS
CS
CS
30.5
32.5
18

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 48
(1994, Jul.)
[27]
Edimburgo, Escocia
(Oct- Nov. 2000)
[54]
Christchurch, Nueva Zealanda
(Ene.-Feb.,1996)
(Jul.-Agt.,1997)
[87]
Tokyo, Japón
(May.,2001-Abr.,2002)
[51]
• Radiómetro neto (Q6)
• Piranómetro (LI-200SA)
• Probeta temperatura/humedad relativa (CSI 207)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-6262)
• Anemómetro sónico (Asymmetric R1012)
• Radiómetro neto (Q7.1)
• Anemómetro sónico y termopares (CA27)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Sensor de humedad y temperaturas (HMP 35C)
• Anemómetro (A101ML)
• Anemómetro sónico (usonic-3)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Piranómetro (MS-42)
• Pirgeómetro (MS-202)
REBS
Li Cor
CS
Li Cor
Gill Instruments
CS
CS
CS
CS
Vector
Instruments
METEK
Li Cor
Eko
Instruments
Eko Instruments
65
*del
nivel de
calle
21
29
Lódz, Polonia.
(Jun.-Sept., 2001)
[59]
Barcelona, España
(2001, Jun.)
[19]
Marsella, Francia
(2001, Jul.)
[76]
Basel, Suiza
(Jun., 2001-Jul., 2001)
[14]
• Anemómetro sónico 3-D (---)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (CNR1)
• Sensor de humedad y temperatura (MP100H)
• Anemómetro y veleta (---)
• Piranómetro (---)
• Radiómetro neto (---)
• Anemómetro sónico 3 D (---)
• Higrómetro de krypton (---)
• Anemómetro sónico (81000)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Radiómetro neto (CNR1)
• Termómetro IR (400A)
• Escanner IR (SC 500)
• Dispositivos de temperatura y humedad (HOBO
logger)
• Anemómetro sónico (CSAT3)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Anemómetro sónico (usonic-3)
• Radiómetro neto (CNR1)
Applied
Technologies
CS
K&Z
Rotronic
RM Young
Li Cor
CS
CS
CS
RM Young
Li Cor
K&Z
Iverest
InterScience
System
ThermanCam
Onset Computer
Corp
CS
CS
METEK
K&Z
37
41 ±4
34 y 44
31.7
Melbourne, Australia
(Agt., 2003-Jul., 2004)
[15]
Greenwood, Kansas City,
EE. UU.
(2004, Agt.)
• Anemómetro sónico 3D (CSAT3)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Adquisitor de datos (CR23X)
• Termohigrómetro (HMP45C)
• Radiómetro neto (G7.1)
• Albedómetro (CM7B)
• Pirgeómetro (CG4;CG2)
• Anemómetro y veleta (WindSentry)
• Anemómetro sónico (CSAT3)
• Higrómetro de krypton (KH20)
• Radiómetro neto (Q7.1)
CS
Li Cor
CS
CS
Radiation&Ener
gySystem InC
K&Z
K&Z
RM Young CO
CS
CS
CS
40-38
33

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 49
[5] • Sensor de humedad y temperaturas (HMP35C)
• Anemómetro y veleta (RM 03101-L)
• Piranómetro (SP-Lite-L)
Helsinki, Finlandia
(Dic., 2005-Agt., 2006)
[97]
• Estación meteorológica (Milos 520)
• Anemómetro sónico (USA-1)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
CS
RM Young
K&Z
Vaisala
McTekGrabH
Li Cor
31
Ciudad Kanto, Japón
(Abr., 2006-Marz., 2007)
[38]
Londres, Reino Unido
(Oct., 2008-Marz. 2012)
[40]
• Radiómetro neto (MR40)
• Anemómetro sónico 3D (DA 600)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Radiómetro neto (CNR1;CNR4)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Anemómetro sónico (CSAT3)
• Estación meteorológica (WXT510,520)
• Pluviómetro (ARG100)
• Cielómetro (CL31)
Eko Instruments
Co
Kaijo, Inc
Li Cor
K&Z
Li Cor
CS
Vaisala
CS
Vaisala
3
*escala
49 y 39
Beijing, China
(Jul., 2009-Jun., 2010)
[49]
• Anemómetro sónico (CSAT3)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Radiómetro neto (CNR1)
CS
Li Cor
K&Z
140
Oberhausen, Alemania
(Agt., 2010-Abr., 2011)
[21]
• Anemómetro sónico (usonic-3)
• Analizador de gas IR H2O/CO2 (LI-7500)
• Radiómetro neto (CNR4)
Metek
Li Cor
K&Z
32
Para los casos de ciudades de latitudes medias, al igual que para ciudades tropicales, se
presenta un ensamble de los flujos del balance de energía. También, al no tener acceso a la
base de datos se ha recurrido al copy-paste (copiado-pegado) a partir de los estudios
originales de los distintos autores; como se comentó, lo anterior tiene dos limitaciones: 1)
la calidad de las figuras difieren una de otra, y 2) no todos los artículos tienen este ensamble
de flujos. La segunda limitación, no así la primera, fue subsanada al presentar un promedio
de los flujos normalizados.
En Sacramento, fig. 15, QH y QS tienen un comportamiento similar hasta media mañana;
después QH permanece con valores mayores y QS empieza su tendencia descendente
bastante rápido. Para las 14 horas QE llega a ser más grande que QS, y a las 17 horas más
grande que QH. En Chicago (fig. 16), el flujo de calor latente es el flujo más grande, excepto
por un par de horas a media mañana en que QS es el máximo. El flujo de calor sensible
(QH) sigue de manera muy estrecha al flujo de calor sensible (QE) a lo largo del día. En Los
Ángeles (fig. 17) QS es el flujo diurno predominante, hasta aproximadamente las 14 horas

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 50
cuando decrece al mismo tamaño que QH por un par de horas y entonces se vuelve más
pequeño. En las tres ciudades (Tucson, Chicago y Los Ángeles) QS es el primer flujo de
salida que alcanza un máximo, y a partir de ahí invierte su dirección por la tarde. El flujo
de calor latente (QE), para esas ciudades, permanece positivo después de que Q* se vuelve
negativo por la tarde, mientras que QH se vuelve negativo al mismo tiempo que Q* (como
fue visto posteriormente por Roth y Oke en Vancouver en 1994). Sin embargo, el
comportamiento que ellos observaron para QH, al finalizar la tarde fue diferente del
observado por Grimmond y Oke (1995). En su estudio QH permaneció positivo por unas
pocas horas después de que Q* se volvió negativo.
Figura 15 BEA en la baja atmósfera del 20 al 28 de agosto de 1991 en un sitio suburbano de la ciudad de Sacramento, CA, EE. UU.
Tomada de Grimmond y Oke, 1999.
Figura 16 BEA en la baja atmósfera del 1 al 31 de julio de 1992 en un sitio suburbano de la ciudad de Chicago, IL, EE. UU. Tomado de
Grimmond et al., 1995.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 51
Figura 17 BEA en la baja atmósfera del 4 de julio al 11 de agosto de 1993 en un sitio suburbano de la ciudad de Los Ángeles, CA, EE.
UU. Tomado de Grimmond et al., 1995.
En el caso de la ciudad de Vancouver (fig. 18), QH es el flujo diurno más importante,
comparado con QS y QE. Se observa que QS es mayor que QE hasta después de media
mañana, situación que se invierte después de esa hora.
Figura 18 BEA en la baja atmósfera del 6 al 13 de julio de 1989 en un sitio suburbano de la ciudad de Vancouver, BC, Canadá. Tomado de
Roth y Oke, 1994.
Para la ciudad de Christchurch, NZ (fig. 19), durante los días de campaña de medición en
el verano, QH fue el flujo de calor dominante, seguido por QS y QE. Sin embargo, durante

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 52
el día QS se aproxima en magnitud a QH. La evaporación es baja porque las áreas fuente
del flujo turbulento están principalmente centradas en el área comercial y de
estacionamiento, que tienen pocas áreas verdes. En la campaña de invierno, las áreas fuente
de los flujos son principalmente residenciales y el pequeño exceso diario de Q* es dividido
mayormente en QS, con algo de QE y un pequeño QH que puede estar dirigido hacia o
fuera de la superficie dependiendo principalmente de las condiciones sinópticas (Spronken-
Smith, 2002).
Figura 19 Ensamble de BEA para (a) 5 días de verano de 1997, y (b) 4 días de invierno de 1996 en un sitio suburbano de la ciudad de
Christchurch, Nueva Zelanda. Tomado de Spronken-Smith, 2002.
Para la ciudad de Tokio, Japón (fig. 20) se observa como los flujos de energía cambian
estacionalmente, correspondientemente con la radiación neta (Rn=Q*). Al mediodía en el
mes de Julio, los valores de Rn, H (flujo de calor sensible) y LE (flujo de calor latente) son

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 53
de alrededor de 700, 300 y 200 W/m 2 , respectivamente, sin embargo, el flujo de calor del
suelo (G), en el día, es más o menos igual para verano (julio) e invierno (diciembre),
probablemente influido más por el flujo de radiación normal incidente que por el flujo de
radiación dirigido hacia la superficie terrestre por área unitaria horizontal.
Figura 20 Ensamble de BEA para días soleados en julio y diciembre de 2001 en un sitio urbano de la ciudad de Tokio, Japón. Tomado de
Moriwaki y Kanda, 2004.
En la figura 21 se presenta el ensamble de flujos promedio horarios para los distintos meses
de mediciones en Lodz, Polonia, realizados en los años 2001 y 2002. Este conjunto de
datos, el mayor encontrado hasta ahora, permite observar los cambios temporales en la
partición del balance de energía sobre un amplio rango de condiciones estacionales y
sinópticas, y el papel del almacenamiento de calor y flujos antropogénicos en el balance de
energía. La partición de la radiación neta en flujos turbulentos es consistente en los dos

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 54
años, con las mayores diferencias ocasionadas por las diferencias en precipitación, lo cual
sucede en el período de julio a septiembre, que son atribuibles a una mayor radiación neta
y menor cantidad de lluvia en el 2002. Los ciclos diurnos mensuales de los flujos
turbulentos en los dos años son similares, y el flujo de calor latente explica
aproximadamente un 40% de la transferencia turbulenta de calor en una base anual (Offerle
et al., 2006a, 2006b).
Figura 21 Ensamble mensual de BEA de los años 2001 (izquierda) y 2002 (derecha) en un sitio urbano de la ciudad de Lodz, Polonia. Tomado
de Offerle et al., 2006a.
Para la ciudad de Barcelona, España, se consideraron los flujos promedio del período de
medidas para dar el ensamble presentado en la figura 22. El período diurno se caracteriza
por valores altos que alcanzan su máximo, en el caso de Q*, en alrededor de 640 W/m 2 . El

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 55
flujo de QS es el sumidero más grande de energía, alcanzando un pico alrededor de las
12:00 pm, y permaneciendo con valores grandes por la tarde, mientras que el flujo de calor
convectivo (QH) alcanza una meseta alrededor del mediodía, permaneciendo así hasta las
16:00 h, y permaneciendo positivo bien entrada la tarde. El flujo de calor latente es pequeño
en todas las horas del día.
Figura 22 Ensamble de BEA del 16, 19-21 de junio del 2001 en un sitio suburbano de la ciudad de Barcelona, España. Tomado de García
Moreno et al., 2012.
Para el caso de la ciudad de Marsella, Francia (Roberts et al., 2006), se observa de la figura
23 el ensamble de flujos de energía obtenidos como promedios horarios de una semana de
verano (julio) para todas las condiciones de cielo y viento de esos días. El clima cálido y
seco y la escasez de vegetación local en el distrito urbano de mediciones causan que el
flujo de calor evaporativo (QE) sea el flujo más pequeño en el día, y prácticamente sea cero
en la noche. El flujo de calor convectivo (QH) es el flujo dominante durante el día,
cuantificando a casi el 70% de la entrada de energía (Q*+QF). Como ha sido bien
documentado para otros lugares densamente construidos (Oke, 1988; Offerle et al., 2005)
QH permanece positivo en la noche), esto es producto de la liberación del calor almacenado
del tejido urbano, y está relacionado a la ventilación de calor sensible desde la capa límite
urbana.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 56
Figura 23 Ensamble de BEA del 4 al 11 de julio del 2001 en un sitio urbano de la ciudad de Marsella, Francia. Tomado de Roberts et al.,
2006.
La figura 24 muestra el ensamble de flujos de los diferentes lugares de medición, urbanos
y rurales, en Basel, Suiza, en un mes de verano del año 2002, en el que se han incluido
todas las condiciones del tiempo, desde días claros a completamente cubiertos y días
lluviosos. Durante el día, la magnitud de QE en el centro de la ciudad es alrededor del 20%,
y conforme las áreas verdes se incrementan este flujo llega a ser más importante; así, en el
lugar suburbano QE es 30% de Q*, y alrededor del 60% en los lugares rurales. El reducido
valor de QE en los lugares urbanos es balanceado por magnitudes crecientes de QH y QS.
Los valores diurnos de QH son típicamente del doble en la ciudad que en los alrededores
rurales. La magnitud de QH es característicamente alrededor del 50% de Q* en el centro de
la ciudad, 40% de Q* en el lugar suburbano, e inferior de 30% de Q* sobre superficies
rurales. En contraste a las superficies rurales, donde QH se dirige a la superficie toda la
noche (superior a 20 W/m 2 ), ambas densidades de flujo turbulento permanecen negativos
en la ciudad en promedio, es decir, la energía es transportada fuera de la superficie. En
contraste a las estaciones de la ciudad, el QH nocturno en el lugar suburbano es positivo.
Los valores de QS son de dos a tres veces superiores en el centro de la ciudad que en los
lugares rurales, y muestra una pronunciada histéresis temporal en todos los lugares; los

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 57
valores máximos se alcanzan 1 a 2 horas antes de que la intensidad máxima de Q* sea
alcanzada.
Figura 24 : Ensamble de BEA de 3 lugares urbanos (U1-U3), un suburbano (S1) y dos rurales (R1 y R2) del 10 de junio al 10 de julio de
2002 en la ciudad de Basel, Suiza. Tomado de Christen y Voogt, 2004.
En la figura 25 se presenta el ensamble de BEA en la ciudad de Melbourne, Australia, para
tres diferentes grados de urbanización, durante el mes de marzo de 2004 (Coutts et al.,
2007). Se puede mencionar que en general hubo una variación diaria en la magnitud de los
flujos y la hora en que se dieron los valores máximos de los flujos, causada por variaciones
en las áreas fuente, condiciones sinópticas y disponibilidad de agua, asociada con eventos
de precipitación o irrigación. Al promediar sobre largas escalas temporales, se observan
tendencias generales en la partición de flujos y emergen las diferencias entre las áreas
urbanas analizadas. Las contribuciones de los flujos promediadas sobre largos períodos
llegan a ser crecientemente dominadas por las direcciones prevalentes del viento. Se
observa que, a diferencia de los lugares urbanizados, el sitio rural presenta más flujo
evaporativo (QE).

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 58
Figura 25 Ensamble de BEA de 3 lugares con tres distintos grados de urbanización (high, medium and low), y un rural en el mes de marzo de
2004 en la ciudad de Melbourne, Australia. Tomado de Coutts et al., 2007.
La partición de flujos para la ciudad de Kansas City, Missouri, es presentada en la figura
26. Durante el día, la partición de energía está dominada por el transporte convectivo de
calor latente (QE), seguido por el almacenamiento de calor (QS), y la fracción más
pequeña se usa en calentamiento sensible del aire (QH). La fase de los flujos es diferente,
con QS alcanzando su valor pico 1-2 horas después del mediodía, mientras que QE y QH
en las últimas horas tarde. La pérdida de radiación neta en la noche es casi totalmente
igualada por la liberación de calor almacenado en el tejido suburbano, mientras que QE es
pequeño pero positivo en la noche. Este patrón de balance diurno es similar al observado
en lugares suburbanos de Norte-América (Grimmond et al. 1994; Grimmond y Oke 1995,
1999; Newton et al. 2007).

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 59
Figura 26 Ensamble de BEA en un día claro del mes de agosto de 2004 en la ciudad de Kansas City, Missouri, EE. UU. Se presenta
también la razón de Bowen ( ). Tomado de Balogun et al., 2009.
En la figura 27 se presenta el ensamble de BEA en las cuatro estaciones del año usando la
información obtenida del Modelo Integral de Escala en Exteriores (COSMO, por sus siglas
en inglés), que es una ciudad ideal en miniatura, carente de vegetación, sin actividad
humana y ninguna heterogeneidad en su geometría superficial. El lugar experimental de
COSMO se localiza en el lado norte de la ciudad de Kanto, Japón, y los datos se colectaron
durante un año, de abril de 2006 a marzo de 2007 (Kawai y Kanda, 2010). Como se observa
de la figura 27, en el día, el BEA urbano a menudo se caracteriza por un gran
almacenamiento de calor, y QS llega a ser superior a los flujos turbulentos en áreas
altamente urbanizadas con poca vegetación. Tal tendencia es clara en COSMO: la radiación
neta (Q*) se divide predominantemente en QS en todas las estaciones del año. El valor
máximo de QS fue aproximadamente el doble de la del flujo de calor sensible (QH). La
magnitud del flujo de calor latente QE fue la más pequeña de todas las componentes
consideradas, pero no es despreciable, lo que sugiere que la evaporación urbana es liberada
no solamente por la vegetación y/o suelo permeable, sino también por el material de
concreto. Lo anterior debería ser indicador de que valores de evaporación iguales a cero
desde la superficie urbana no deberían ser automáticamente asumidas en las
parametrizaciones de estas superficies. En la estación lluviosa (es decir, en verano) los
valores de QE fueron más grandes comparados con otras estaciones. En la estación más

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 60
seca (es decir, invierno) los valores de QE fueron generalmente diferente de cero y
alcanzaron un máximo de 30-40 W/m 2 .
Figura 27 Ensamble medio de variaciones diurnas del BEA para condiciones de días claros en las cuatro estaciones de abril de 2006 a marzo de
2007 en Kanto, Japón. Adaptada de Kawai y Kanda, 2010.
En la figura 28 se presenta el ensamble estacional de BEA para la ciudad de Beijing, China,
en el período de julio de 2009 a junio de 2010 (Miao et al., 2012). Se presentan los
resultados obtenidos a una altura de 140 m como un ejemplo, pero en la referencia citada
también se presentan resultados a alturas de 47 m y 280 m. En el día, la radiación neta en
todas las estaciones del año, fue dirigida principalmente a almacenamiento de calor (QS),
el cual fue alrededor del doble del calor sensible (QH). QE y QH tuvieron valores similares
en el verano; sin embargo, QH tuvo un valor ligeramente menor en el otoño, y

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 61
significativamente más pequeño en la primavera y el invierno (que QE). Por la noche, el
flujo de calor sensible estuvo cercano a cero, mientras que el flujo de calor latente fue
siempre superior a cero en todas las estaciones. Miao et al., (2012) mencionan que se puede
asumir que el calor latente nocturno es liberado por las actividades humanas.
Figura 28 Características de la variación horaria-diaria de las componentes del BEA (flujos en W/m2) de junio de 2009 a julio de 2010, a
una altura de 140 m en la ciudad de Beijing, China, en las cuatro estaciones del año. Adaptado de Miao et al., 2012.
En la tabla 6 se documentan los resultados de los flujos de energía en la baja atmósfera en
las ciudades de latitudes medias, normalizados por la radiación neta (Q*), así como, para
cada sitio de medición de cada ciudad estudiada, información sobre uso y cobertura del
suelo, alrededor del lugar de medición. La razón de usar flujos normalizados es para
eliminar el efecto de las diferencias en la radiación neta lo que permite realizar una
comparación de los demás flujos energéticos. No se realiza una discusión detallada pero el
comentario general es que a mayor superficie construida y menor vegetación, la razón de
QH/Q* es mayor comparada con QE/Q*, y viceversa, lo que es corroborado con el valor de
la razón de Bowen (última columna de la tabla 6). La razón de QS/Q* es mayor para sitios
con una mayor densificación urbana, por ejemplo, centro urbano de Barcelona con 0.56, y
el menor para un lugar suburbano como Vancouver, con 0.17.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 62
Cuadro 6 Uso del suelo/cobertura del suelo y flujos de energía, normalizados por Q*, para las ciudades de latitudes medias.
Ciudad, País (año y mes) [Referencia]
(Uso de suelo/Cobertura de suelo)
Sacramento, CA, EE. UU
(1991, Agt.)
[25;26]
Suburbano. Predominan casas de un nivel con
vegetación. Construcciones 39.2%, pavimentos
18.6%, lotes baldíos 1%, árboles y arbustos
17.2%, pastos sin irrigación 20.9%.
Chicago, IL, EE. UU.
(1992, Jul.)
[24]
Suburbano. Predominan casas de un nivel con
vegetación. Construcciones 33.3%, pavimentos
22.5%, lotes baldíos 0.4%, árboles y arbustos
9.4%, pastos 34.3%.
Vancouver BC, Canadá
(1992, Jul.-Sept.)
[79;28]
Suburbano. Residencias de 1 y 2 niveles,
espacios verdes 13%, techos 11%, pavimentos
11%, paredes o cañones 33%.
Los Angeles CA, EE. UU.
(1993, Jul.-Agt.)
[26]
Suburbano. Residencias de dos niveles,
vegetación exuberante. Construcciones 25.4%,
pavimentos 33.8%, lotes baldíos 2.6%, árboles y
arbustos 18.5%, pastos sin irrigación 17.7%.
Arcadia, Los Ángeles, CA, EE. UU.
(1994, Jul.)
[27]
Urbano. Construcciones 24%, pavimentos 19%,
arboles 29%, césped 23%, cuerpos de agua 2%.
San Gabriel, Los Ángeles, EE. UU.
(1994, Jul.)
[27]
Urbano. Construcciones 28%, pavimentos 34%,
arboles 9%, césped 24%, cuerpos de agua 2%.
Razón de Flujos de Energía
Q H/Q* Q E/Q* ΔQ S/Q* β= QH/ QE
0.41 0.33 0.26 1.26
0.87 0.38 0.30 ---
0.62 0.22 0.17 2.87
0.39 0.31 0.30 1.24
0.22 0.39 0.39 1.80
0.18 0.44 0.39 2.43
Edimburgo, Escocia
(Oct- Nov. 2000)
[54]
Realizado en el sitio más alto de una zona urbana
del centro de Edimburgo con 450,000
habitantes y una cobertura predominante de
QH 11.6
W/m 2
Q* -32.4
W/m 2 QE 46.3
W/m 2
Q* -32.4
W/m 2 ---
---
0.3

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 63
caminos, edificios, zonas residenciales y parques
(áreas verdes con bosque).
Christchurch, Nueva Zelanda
(Ene.-Feb.,1996)
(Jul.-Agt.,1997)
[87]
Suburbano. Calles arboladas, residencias de 1 y
2 niveles, pavimentos, parques, espacios verdes.
Verano: 0.46
Invierno: 0.16
0.22
0.10
---
---
0.28
2.11
Tokyo, Japón
(May.,2001-Abr.,2002)
[51]
Urbano residencial. Edificios, pavimentos,
concretos, vegetación, parques de recreación.
Julio: 0.49
Febrero: 0.16
0.28
0.07
---
---
1.77
5.81
Lódz, Polonia.
(Jun.-Sept., 2001)
[59]
Urbano. Edificios de 3 a 5 niveles y pavimentos
dominan la superficie, cañones urbanos
extensos, poca vegetación en las calles.
Barcelona, España
(2001, Jun.)
[19]
Centro urbano. Gran heterogeneidad en la
morfología urbana. Ciudad costera del
Mediterráneo, se conforma principalmente de las
coberturas de suelo: calles y caminos (10%),
parques (10%) y edificios (80%).
Marsella, Francia
(2001, Jul.)
[76]
Realizado en el centro de la ciudad en una zona
de alta densidad urbana con construcciones altas
y cercanía al mar Mediterráneo. Las coberturas
promedio de suelo fueron: edificios y muros
(49%), azoteas y techos (30%), suelos
impermeables (13%) y vegetación (8%)
Basel, Suiza
(Jun., 2001-Jul., 2001)
[14]
Aproximadamente 130 km 2 , que incluye 30 km 2
densamente urbanizados, 80 km 2 suburbanizados,
20 km 2 de áreas industriales
Residencias de varios pisos, con patios grandes.
0.52 0.47 --- 1.09
0.34 0.09 0.56 7.1
0.77 0.16 0.19 4.6
0.48 0.18 0.38 2.62

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 64
Residencial, comercial de uno o varios pisos,
techos de concreto, teja y lámina corrugada.
Melbourne, Australia
(Agt., 2003-Jul., 2004)
[15]
Sitio de alta densidad urbana (3 estaciones de
medición) y sitios rurales (1 estación de
medición). Para determinar las características de
la superficie y cobertura promedio, se utilizaron
fotografías aéreas y satelitales. Las coberturas de
suelo promedio en la zona urbana fueron:
edificios y construcciones (40-45%), caminos y
calles (5-10%) y vegetación (20-25%).
QH 100-250
W/m 2
Q* 200-500
W/m 2 QE 50-150
W/m 2
Q* 200-
500 W/m 2 ΔQS 50-
150 W/m 2
Q* 200-
500 W/m 2 QH 100-
250W/m 2
QE 50-150
W/m 2
Greenwood, Kansas City, EE. UU.
(2004, Agt.)
[5]
Suburbano residencial con extensas áreas
verdes. Residencial suburbana, grandes espacios
con vegetación, pocos pavimentos y
estacionamientos, 58% de vegetación
permeable, 12% pavimentos, 29% de
construcciones.
0.21 0.46 0.27 0.48
Helsinki, Finlandia
(Dic., 2005-Agt., 2006)
[97]
---
---
---
---
---
---
---
---
---
Invierno: 10
Primavera: 5
Verano: 5
Área heterogénea conformada por edificios altos
(14%), bosque de niebla y vegetación de poco
altura (46%), estacionamientos, techos y
caminos pavimentados (40%), alrededor de un
radio de 250 m de la estación de mediciones.
Ciudad Kanto, Japón
(Abr., 2006-Marz., 2007)
[38]
Modelo a escala, construido en un área abierta
para simular una cubierta de concreto y edificios
(100%) sin vegetación y con homogeneidad en
la geometría urbana.
Verano: 0.31
Invierno: 0.25
0.16
0.11
0.53
0.63
1.90
2.29
Londres, Reino Unido
(Oct., 2008-Marz. 2012)
[40]
Realizado en una zona de alta densidad urbana
en el centro de Londres con 275,000 habitantes
y una cobertura predominante de caminos
(40%), edificios (40%, agua (15%) y vegetación
(5%)
QH 100-250
W/m 2
Q* 150-450
W/m 2 QE 20-70
W/m 2
Q* 150-
450 W/m 2 ΔQS 50-
100 W/m 2
Q* 150-
450 W/m 2 6-20

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 65
Beijing, China
(Jul., 2009-Jun., 2010)
[49]
El sitio de estudio se ubica al centro de la ciudad
y con instrumentos montados en una torre (325
m, 280 m, 140 m), está rodeado de un área de
edificios y construcciones con una geometría
urbana heterogénea (70%), suelo y caminos
(20%) y vegetación (10%).
Verano: 0.22
Invierno: 0.28
0.27
0.07
0.51
0.66
0.82
4.16
Oberhausen, Alemania
(Agt., 2010-Abr., 2011)
[21]
Comercio, industria, vialidades, áreas verdes.
Edificios, pavimentos, banquetas, superficies
industriales.
0.38-1.21 0.22-0.37 --- 1.41-6.95

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 66
PROPUESTA METODOLÓGICA
PRELIMINAR PARA EVALUACIÓN
DEL BEA EN CIUDADES DE MÉXICO
En función de los estudios revisados, tanto en ciudades tropicales, como en ciudades de
latitudes medias, el método que se propone para evaluar el balance de energía atmosférico
en ciudades de México, es el referido aquí como el de covarianza turbulenta, básicamente
por la razón de que los flujos turbulentos de calor sensible y calor latente son medidos
directamente; la radiación neta se propone medirla con un sensor que cumpla principios de
calidad y precisión, de los cuales existen muchos en el mercado. Por la problemática
involucrada en medir el flujo de calor del suelo, en este esquema propuesto se propone
evaluarlo como el residual de los flujos anteriores.
Se puede utilizar un sistema de adquisición de datos como el CR5000 de Campbell
Scientific Inc. (CSI) para almacenar, al menos, cada media hora la información
monitoreada.
Un bosquejo básico de la cantidad física a medir y el instrumento de medición es el que se
presenta en la tabla 7.
Cuadro 7 Instrumentación básica para realizar balance de energía atmosférico superficial mediante el sistema de covarianza turbulenta (en torre
meteorológica).
Cantidad física Instrumento Modelo Frecuencia (Hz)
Velocidad
tridimensional
Anemómetro
sónico
CSAT3 (CSI) 10
del viento y temperatura
tridimensional
virtual (para
determinar
Q H)
Densidad de vapor de
Higrómetro de Kriptón o
KH20 o LI-
10
agua/CO 2 ( para determinar
Analizador de gas
7500 (CSI)
Q E y CO 2)
infrarrojo

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 67
Radiación de onda corta y
Radiómetro Neto
CNR1 (Kipp &
1/min
larga,
Zonen)
ascendente/descendente
(para determinar Q*)
La ecuación de balance de energía superficial, ya presentada anteriormente es:
Q* + QF = QH + QE + QS + QA
En esta ecuación, solo para recordar de qué se trata cada término, se repite aquí. De
izquierda a derecha: Q* radiación neta, QF calor antropogénico, QH calor sensible, QE calor
latente, QS calor almacenado, y QA calor advectivo. El valor de QF se puede obtener
mediante una investigación de consumo de energía, o la utilización de modelos de energía
en edificios y transporte. Sin embargo, debido a la carencia de información precisa, hasta
la fecha, en la mayoría de ciudades mexicanas, se aconseja omitir el cálculo de este flujo
de calor ya que su contribución al balance parece ser pequeña (de acuerdo a los resultados
encontrados principalmente, para algunas ciudades de latitudes medias). También,
omitiendo QA, el almacenamiento de calor (QS) se obtiene como residual de los otros
flujos medidos (Q*, QH y QE), que es el modelo que con regularidad han usado los
diferentes líderes en el campo de la climatología urbana.
El sistema de covarianza turbulenta tiene sus limitaciones, no puede calcular
apropiadamente los flujos cuando llueve, por lo que los días de precipitación deben ser
omitidos. Para asegurar control de calidad de los datos medidos, se deben al menos realizar
los tres pasos siguientes: corregir por fluctuaciones de densidad de vapor de agua, convertir
la temperatura virtual sónica y eliminar la tendencia lineal de los datos.
También hay que realizar un cuidadoso análisis de valores extremos y estadísticos básicos
(media, varianza) con el propósito de que la información registrada esté en un rango físico
razonable (umbral), y mantener un nivel aceptablemente pequeño de incertidumbre de
datos observados.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 68
Se puede utilizar el software TK2 (Mauder y Foken, 2004) para aplicar todas las
correcciones necesarias y pruebas de calidad de los datos. Algunos de los procesos que
implementa son los siguientes:
a) Elimina valores que no son posibles, electrónicamente y meteorológicamente
b) Detecta picos, de acuerdo a Vickers y Mahrt (1997), basado en Hojstrup (1993)
c) Determina tiempo de retraso entre las lecturas del higrómetro y el anemómetro
sónico usando análisis de correlación cruzada
d) Corrige viento cruzado de acuerdo a Liu et al., (2001)
e) Transforma coordenadas mediante el método de ajuste (Wilczak et al., 2001)
f) Realiza correcciones espectrales de acuerdo a Moore (1986), usando los modelos
espectrales de Kaimal (1972) y Hojstrup (1981)
g) Convierte flujo de flotación a flujo de calor sensible de acuerdo a Schotanus (1983)
h) Corrige el flujo de calor latente por fluctuaciones de densidad y por flujo vertical
medio de masa (Webb et al., 1980)
i) Realiza iteración por pasos a causa de interdependencia de información
j) Controla la calidad aplicando pruebas para condiciones de estado estable y
turbulencia bien desarrollada (Foken y Wichura, 1996; Foken et al., 2004)
Respecto a las mediciones, ya una vez elegido el sitio a estudiar, se deben realizar en la
capa inercial (o capa de flujo constante), que es aquella parte de la capa límite que está
libre de efectos de fricción causados por la superficie rugosa del suelo. Cada sitio urbano
elegido es diferente y representa todo un reto decidir su puesta en operación, debido a la
complejidad y heterogeneidad de ambientes urbanos.
De principal importancia es la elección cuidadosa del lugar de estudio, y por tanto del sitio
de medición; una especial consideración se debe dar a la altura de ubicación de los
instrumentos, como ya se ha mencionado, y procedimientos apropiados de muestreo
temporal. Los sensores de covarianza turbulenta deben estar expuestos como los sensores
de viento, por arriba de la capa rugosa superficial, pero debajo de la capa límite interna de
la zona climática urbana de interés. Aquí el objetivo es asegurar que todas las medidas se
hagan en alturas representativas de la escala local, y por tanto evitar las influencias de las
anomalías de superficie a escala muy pequeña (a micro escala).

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 69
Se debe realizar una caracterización muy completa del sitio de medición y sus alrededores
(los llamados metadatos), ya que esto va a determinar la relación que existe entre la
partición de flujos de energía y usos del suelo. De tal suerte, se deben evaluar usos del
suelo dominantes alrededor del lugar de medición (residencial, comercial, industrial, etc.).
Características de la morfología superficial (rugosidad, altura de edificios, ancho de las
calles, materiales, etc.) que rodea al sitio de medición deben ser evaluadas mediante
investigaciones de campo y representadas preferentemente en un Sistema de Información
Geográfica. En la tabla 8 se presenta un listado muy básico de la información que debe
contener el sitio de medición y sus alrededores (en un radio aproximado de 1 km).
Cuadro 8 Información básica que debe contener el sitio de medición y sus alrededores (en 1 km de radio, aproximadamente). Los parámetros z0,
L y σv/u* son valores medios derivados de las medidas del anemómetro sónico; las dos últimas se necesitan para el cálculo
Parámetro
Información contenida
Coordenadas geográficas
Latitud (°), Longitud (°), Altura (msnm)
Zona Climática Local Clasificación de Stewart y Oke (2012)
Clasificación de uso del suelo Residencial, comercial, educativo, espacios
baldíos, con vegetación, etc.
Altura de instalación de instrumentos Z (m)
Altura media de construcciones Z H (m)
Longitud de rugosidad aerodinámica Z 0 (m)
Ancho de las calles
W (m)
Altura de desplazamiento
d (m)
Relación de aspecto de cañón urbano Z H/W
Fracción construida (edificios, otras Asfalto, pavimento, etc. (m 2 , %)
superficies impermeables)
Fracción de vegetación Césped, árboles, arbustos, etc., (m 2 , %)
Material de techos
Madera, losa de concreto, etc.
Material de paredes
Block, ladrillo, etc.
Densidad de área construida
Área construida/Área total
Longitud de Obhukov
L (m)
Intensidad de turbulencia lateral σ v/u*

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 70
En la figura 29 se muestra un ejemplo de la clasificación de usos del suelo mediante
fotografías aéreas realizada la ciudad de Essen, Alemania. Análisis análogos deben
realizarse para las ciudades mexicanas en las que se pretenda realizar BEA.
Figura 29 Ejemplo de clasificación de uso del suelo (arriba) y fotografías aéreas (abajo) para lugares de medidas de flujos de energía en Essen,
Alemania. Para el análisis superficial se eligió un radio de 1 km. Tomado de Weber y Kordowsy (2010).
La identificación de las características superficiales de la huella impresa (footprint), o área
fuente, tienen el mayor impacto en los intercambios de energía entre la baja atmósfera y
esas características, por lo que es necesario su conocimiento. La estimación de las áreas
fuente de los flujos turbulentos (análisis de huella impresa), se puede realizar usando el
modelo FSAM de Schmid (1997) con el propósito de conocer las contribuciones de flujos
turbulentos por cada sector de viento a barlovento del sitio de medición.

Balance energético atmosférico en ciudades: Propuesta metodológica para México 71
Para caracterizar la meteorología local, inmediata al sitio de medición de donde se ha
ubicado los instrumentos de balance de energía superficial atmosférico, es necesario medir
las componentes de los flujos de radiación solar, y de onda larga, entrante y saliente, ya
que colectivamente proveen información muy útil del balance, e información
meteorológica básica como velocidad y dirección del viento, temperatura del aire, humedad
relativa, presión atmosférica y precipitación pluvial.
Un último comentario a añadir en esta propuesta de esquema preliminar de evaluación de
BEA en ciudades de México es que, para la ciudad de México y ciudad de Mexicali, cuyo
compromiso de esta consultoría es presentar resultados de ese BEA, no se realizarán
campañas de monitoreo de flujos de energía, por la inversión no disponible, tanto de
recurso económico como de tiempo para realizarlas, sino que, a partir de campañas ya
realizadas se discutirá el papel de ese balance con los usos del suelo y su morfología, lo
que permitirá construir escenarios del futuro climático en función de la urbanización de
esas ciudades.
En el reporte 2b, titulado “Modelación de Balance Energético Atmosférico en Ciudades”,
se presenta una relatoría de modelos de balance utilizados en las zonas urbanas para la
estimación de flujos de energía. Al final del mismo se propone utilizar uno de esos modelos
para realizar una estimación y un análisis comparativo de distintos flujos de energía para
la ciudad de Mexicali, cuya base de datos se encuentra disponible para su uso.
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