la oscilacion cuasibienal y algunas relaciones con los eventos

Transcripción

Meteorología Colombiana
N1
pp.51 - 58
Marzo, 2000
Santa Fe de Bogotá D.C.
ISSN-0124-6984
LA OSCILACION CUASIBIENAL Y ALGUNAS RELACIONES CON LOS
EVENTOS CALIDOS Y FRIOS DEL PACIFICO (*)
JORGE ANIBAL ZEA MAZO
Profesor Asociado, Departamento de Geociencias-Universidad Nacional de Colombia
Investigador Científico IDEAM
GLORIA ESPERANZA LEON ARISTIZABAL
Profesora Asociada, Departamento de Geociencias-Universidad Nacional de Colombia
Investigador Científico IDEAM
JESUS ANTONIO ESLAVA RAMIREZ
Profesor Titular, Departamento de Geociencias–Universidad Nacional de Colombia
Zea, J., G.León & J.Eslava. (2000): La oscilación cuasibienal y algunas relaciones con los eventos cálidos y fríos del Pacífico.
Meteorol. Colomb. 1:51-58. ISSN 0124-6984. Santa Fe de Bogotá, D.C. – Colombia.
RESUMEN
Las anomalías que ocurren en el clima como temporadas secas o lluviosas, están asociadas a la
variabilidad de la circulación general de la atmósfera y, en general, a todos los procesos que en ella se
dan. En particular, se destaca la oscilación cuasibienal que se presenta en los vientos de la baja
estratosfera y que guardan una relación directa con el comportamiento de ciertos fenómenos
meteorológicos. Las características de estos sistemas se describen con base en estudios desarrollados
por varios autores, como también con datos procedentes de información reticular de los reanálisis CDAS
preparados por el Centro Nacional de Predicción Ambiental y el Centro Nacional de Investigación
Atmosférica (NCEP/NCAR) de la Administración Atmosférica y Oceánica de los Estados Unidos (NOAA).
La información gráfica presentada en este trabajo se realizó con el programa GrADS, desarrollado en el
Centro Para Estudios Océano-Tierra-Atmósfera (COLA) de Estados Unidos.
ABSTRACT
Climate anomalies, such as dry or rainy seasons, are associated to the variability of the atmosphere
general circulation and, in general, to all the process that happen there particularly, it is pointed out the
quasi biannual oscillation of the winds in the low stratosphere which has a direct relation to the behavior
of some meteorological phenomena. Characteristics of these systems are described based on the studies
from different authors, and from data coming from reticular information by CDAS analysis made by the
national center of atmospheric research (NCEP/NCAR) from NOAA. Graphic results shown in this paper
were done using GrADS program from Center for studies from Ocean-Sand and Atmosphere (COLA) in
the USA.
(*) Trabajo realizado dentro del marco del Grupo de Investigaciones en Meteorología – U.N., con el apoyo financiero de
COLCIENCIAS y el BID. Contrato COLCIENCIAS-U.N. No.562/98.
52
ZEA, ESLAVA & LEON: OSCILACION CUASIBIENAL RELACIONES EVENTOS CALIDOS FRIOS DEL PACIFICO
1 INTRODUCCION
La Oscilación Cuasibienal está relacionada con variaciones
similares
en
las
circulaciones
troposféricas
y
especialmente aquellas que se dan durante eventos
cálidos o el fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur. Las
anomalías más intensas en Colombia están asociadas,
generalmente, con el comportamiento y desplazamiento de
las celdas de Walker, fenómenos conocidos con el nombre
de El Niño y La Niña-Oscilación del Sur, que determinan
una alteración en el comportamiento de la precipitación y
por lo tanto cambios en la disponibilidad de agua y de otros
recursos naturales que están ligados con las diferentes
actividades humanas y que pueden contribuir al deterioro
de la economía, la salud y el bienestar del país.
Varios estudios se han realizado con el propósito de
determinar y clasificar las configuraciones generales de
estos fenómenos asociados con las variaciones de la
circulación atmosférica. En este documento se describen
estas configuraciones, las cuales se complementan con
datos de tipo nacional o regional que permiten
reconocerlos y caracterizarlos con un mayor detalle, como
también con información procedente de los reanálisis
CDAS del preparados por el Centro Nacional de Predicción
Ambiental y el Centro Nacional de Investigación
Atmosférica (NCEP/NCAR) de la Administración
Atmosférica y Oceánica de los Estados Unidos (NOAA),
apoyada en el programa GrADS, desarrollado en el Centro
para Estudios Océano-Tierra-Atmósfera (COLA) de
Estados Unidos, para la presentación georeferenciada en
mapas.
anterior. En general, en los distintos eventos cálidos ha
prevalecido la fase cálida de la onda cuasibienal.
Las principales características de la onda cuasibienal
pueden identificarse fácilmente en las Figs.1-2, donde se
aprecia la alternancia de Estes y Oestes en el régimen de
vientos con propagación hacia abajo a través del tiempo,
desde la media hacia la baja estratosfera.
La distribución de frecuencias de la componente zonal del
viento en niveles situados entre 10 y 50 hPa es de tipo
bimodal, con vientos predominantes del Este u Oeste,
cuyas velocidades alcanzan valores máximos en niveles
entre 10 y 20 hPa, cercanos a 45 m/s en los 10 hPa para la
fase Este y 21 m/s en los 20 hPa con fase Oeste durante la
propagación hacia abajo los vientos zonales se debilitan
(Tabla 1).
TABLA 1. VIENTOS MÁXIMOS EN LAS FASES ESTE Y
OESTE DE LA OSCILACIÓN CUASIBIENAL, EN LOS
NIVELES 10, 20, 30 Y 50 hPa, PARA EL PERÍODO
COMPRENDIDO ENTRE ENERO DE 1982 Y DICIEMBRE
DE 1984, CON BASE EN LOS DATOS DEL
REANALYSIS NCEP/NCAR, PARA 5ºN Y 75ºW.
Nivel (hPa)
10
20
30
50
Fase Este (m/s)
45
30
28
22
Fase Oeste (m/s)
18
21
15
14
2. OSCILACION CUASIBIENAL
La Oscilación Cuasibienal es una oscilación de largo plazo
en el viento zonal y en la temperatura de la baja y media
estratósfera Ecuatorial (Reed et al, 1961), con un período
irregular que varía entre un poco menos de dos años (20
meses) y hasta casi tres años (35 meses), con una
duración media de 28 meses. Consiste en la alternancia de
vientos del Este, dominantes durante una parte del
período, con vientos del Oeste en el resto del período,
mientras que la temperatura presenta fluctuaciones
extremas.
Esta oscilación está relacionada con variaciones similares
en las circulaciones troposféricas y durante eventos cálidos
(fenómenos de El Niño-Oscilación del Sur) en el Océano
Pacífico tropical, catalogados como intensos, se ha
observado la transición de la fase Este a Oeste en el viento
zonal de la oscilación cuasibienal; en eventos menos
intensos el régimen de vientos característicos de la baja
estratosfera ha presentado una transición opuesta a la
Por debajo de los 70 hPa, las dos ramas de la distribución
parecen fusionarse en una sola de vientos de los oestes,
aunque ocasionalmente los Estes de la tropósfera superior
pueden alcanzar hasta el nivel de 70 hPa. Comúnmente,
los Oestes no se propagan por debajo de los 90 hPa.
Cuando se considera el transporte en la baja estratosfera,
las zonas de cortante vertical asociada con la transmisión
de la Oscilación Cuasibienal son más importantes que los
propios vientos. Estas zonas están acompañadas no solo
por anomalías en la temperatura sino también por celdas
de circulación meridional.
Tanto las zonas de cortante de los Estes como de los
Oestes, regularmente exceden valores de 10 m/s/km. La
demora en la propagación del régimen de vientos hacia
abajo se debe también al aumento de la cortante hacia
abajo. Fuertes cortantes de viento tanto en los Estes como
en los Oestes ocurren entre los 25 y 50 hPa, altitud en la
cual se observa la mayor parte de las tardanzas en la
propagación hacia abajo, la cual en ocasiones puede llegar
a ser nula (Marquardt & Naujokat, 1997).
METEOROLOGIA COLOMBIANA N1, MARZO DEL 2000
FIGURA 1. COMPONENTE DEL VIENTO ZONAL EN 10, 20, 30, 50 Y 70 HPA PARA EL PERÍODO
COMPRENDIDO ENTRE ENERO DE 1982 Y DICIEMBRE DE 1994, CON BASE EN LOS DATOS DEL
REANALYSIS NCEP/NCAR, PARA 5ºN Y 75ºW
53
54
FIGURA 2. REGIMEN MENSUAL DE LA TEMPERATURA EN 20 HPA PARA EL PERIODO COMPRENDIDO ENTRE
ENERO DE 1982 Y DICIEMBRE DE 1994, CON BASE EN LOS DATOS DEL REANALYSIS NCEP/NCAR, PARA 5ºN Y
75ºW
Aunque las zonas de cortante de Estes y Oestes
inicialmente están bien separadas en el tiempo para el
nivel de 10 hPa, las zonas de cortante de los Oestes se
acercan a las de los Estes desde arriba hacia abajo con el
tiempo. Esto resulta en una convergencia de las zonas de
cortante de los Estes y Oestes alrededor del nivel de 50
hPa, antes de la ocurrencia de cada transición de los
regímenes de viento de Este a Oeste.
La posición de fuerte cortante vertical de viento (mayor a 5
m/s/km) no es simétrica. La cortante más fuerte de viento
ocurre dentro de los Estes debilitados, es decir después
del paso de los Estes y antes de la entrada de los Oestes.
Las zonas de cortante de viento fuerte, generalmente, no
cubren más de 3 o 4 Km en altitud.
La variabilidad de la longitud del período esta ligada con la
demora en la propagación hacia abajo del régimen de
vientos, especialmente de los Estes. Sin embargo, los
Oestes bien pueden retrasar estas propagaciones como
las correspondientes a 1960-1961, 1968-1969 y 1979-1980
durante el invierno del hemisferio norte. Esto se puede
notar claramente en la distribución de frecuencias de la
velocidad de propagación donde el viento zonal es nulo:
los Oestes se propagan hacia abajo a una velocidad media
de 1 km/mes, siendo algunas veces más lento al nivel de
30 hPa; los Estes se propagan significativamente más
despacio, con una velocidad media de 0.5 km/mes, a
menudo muestran atrasos significativos en el rango de
altitudes entre 25 y 50 hPa.
Análisis estadísticos sugieren que los ciclos aparentes de
alrededor de 20-35 meses no son oscilaciones de origen
desconocido sino estrechamente relacionados con el ciclo
anual, que resultan de los procesos de interacción que
involucran el sistema Atmósfera-Océano-Tierra. La
existencia de una oscilación cuasibienal en los vientos
estratosféricos sobre el Ecuador se ha determinado muy
bien y el correspondiente análisis de los vientos zonales al
nivel de los 50 hPa indica que la variación estacional
normal del forzamiento térmico podría jugar un papel
importante en el período y la fase del fenómeno.
Las características anteriores permitieron definir muy bien
la oscilación cuasibienal, la cual no se aprecia en análisis
operativos. Los datos del reanálisis del NCEP/NCAR cerca
de la isla de Cantón para una sección transversal entre
100 y 10 hPa presentan características similares a las
mostradas por los datos analizados por (Reed & Rogers,
1962). Estos análisis manuales de datos de radiosonda
muestran también una propagación hacia abajo, con un
cambio más rápido de estes a oestes que en el sentido
inverso. Las confrontaciones del citado reanálisis para
sitios cerca a Singapur también muestran buena
coincidencia con los datos de radiosonda, lo cual indica
que el sistema de análisis también puede simular muy bien
los datos de la estratósfera ecuatorial superior.
55
(a)
(b)
(c)
FIGURA 3. DISTRIBUCION DE LA PRESION MEDIA AL NIVEL DEL MAR EN HPA ASOCIADA CON LA CIRCULACION
DE WALKER Y SUS ALTERACIONES DURANTE: a) CONDICIONES NORMALES, b) EL EVENTO EL NIÑO 82-83 Y c)
EL EVENTO LA NIÑA 88-89, ELABORADO CON BASE EN LOS DATOS DEL REANALYSIS NCEP/NCAR.
56
(a)
(b)
(c)
FIGURA 4. DISTRIBUCIÓN DE LA TEMPERATURA EN SUPERFICIE EN ºC, ASOCIADA CON LA CIRCULACIÓN DE
WALKER Y SUS ALTERACIONES DURANTE: A) CONDICIONES NORMALES, B) EL EVENTO EL NIÑO 82-83 Y C) EL
EVENTO LA NIÑA 88-89, ELABORADO CON BASE EN LOS DATOS DEL REANALYSIS NCEP/NCAR.
(a)
(b)
57
FIGURA 5. DISTRIBUCIÓN DEL VIENTO ZONAL MEDIO EN m/s (ESTES NEGATIVOS Y OESTES POSITIVOS) Y LA
VELOCIDAD VERTICAL (OMEGA) MEDIA EN pa/s, PARA LA ZONA ECUATORIAL Y QUE REPRESENTA LOS
MOVIMIENTOS VERTICALES ASCENDENTES (VALORES NEGATIVOS) Y DESCENDENTES (VALORES POSITIVOS)
ASOCIADOS CON LAS ALTERACIONES EN LA CIRCULACIÓN DE WALKER, DURANTE: a) EL EVENTO EL NIÑO 8283 Y b) EL EVENTO LA NIÑA 88-89, ELABORADO CON BASE EN LOS DATOS DEL REANALYSIS NCEP/NCAR
3. OSCILACION DEL SUR
Si bien el término fenómeno de El Niño se ha asociado a
los irregulares calentamientos del agua en las costas del
Ecuador y Perú, la comunidad científica usa este término
para fenómenos de mayor escala, como las variaciones
climáticas a escala global analizadas dentro del contexto
de la Oscilación del Sur. Esta oscilación, conjuntamente
con las Oscilaciones de Madden y Julian, se constituyen
en la variabilidad de baja frecuencia que domina al trópico.
Según las propias palabras del descubridor de la
Oscilación del Sur, G. Walker “Cuando la presión es alta
en el océano Pacífico tiende a ser baja en el océano
Índico” y viceversa (Fig.3), asociándose a este ultimo
cambio, temperaturas bajas en la superficie del mar en el
Pacífico occidental y lluvias intensas en el oriental. La
parametrización de este evento descrito como un balancín
de presión se ha hecho por medio del Índice de la
Oscilación del Sur (IOS), el cual se define como la
diferencia de las anomalías mensuales de presión
estandarizadas por sus correspondientes desviaciones
típicas entre Tahití (Polinesia Francesa) y Darwin
(Australia).
En 1967 Bjerknes demostró una íntima conexión entre
estos dos eventos. Básicamente fundó la hipótesis de que
gradientes normales de la temperatura superficial del mar
(Fig.4) entre el relativamente frío Pacífico Ecuatorial
Oriental y el enorme recipiente de aguas cálidas en el
Pacífico Occidental daba lugar a una gran célula de
circulación este-oeste en el plano del Ecuador.
La circulación de Walker puede intensificarse, debilitarse o
cambiar su orientación. Cuando la circulación se
intensifica. los vientos Alisios, el afloramiento Ecuatorial y
las corrientes Ecuatorial norte y sur son fuertes. Como
resultado se tiene acumulación de aguas cálidas,
hundimiento de la termoclina y aumento del nivel del mar
en el Pacífico Occidental. La temperatura en el Pacífico
Oriental, particularmente en la costa del Perú es baja. Esta
situación puede permanecer con pequeñas fluctuaciones
58
por uno o varios años y en sus casos extremos suele
conocerse con el nombre de La Niña (Fig.5b).
Por el contrario, El Niño ocurre cuando se da un
debilitamiento en la circulación de Walker; los vientos
Alisios, el afloramiento ecuatorial y las corrientes Ecuatorial
norte y sur se debilitan y el Pacífico Oriental se calienta.
La presión atmosférica desciende en Pacífico central
formándose un área de presión relativamente baja. El aire
fluye hacia el este desde Australia-Indonesia ascendiendo
en el Pacífico Central y justificando los máximos de lluvia
allí observado (Fig.5a).
El desplazamiento de las celdas mantiene una estrecha
relación con el movimiento de los núcleos de calor sobre el
mar y en consecuencia con la temperatura superficial del
mar. Durante el desarrollo de un episodio intenso, se ha
observado el corrimiento de las ramas convectivas, que
normalmente se sitúan en el Sudeste Asiático hacia el
Pacífico central y la localización de un segundo ciclo de
ascenso de aire sobre las costas sudamericanas del
Pacífico, todo ello en armonía con la posición de los
centros de mayores lluvias. Igualmente se observa un
sector de subsidencia máxima sobre la parte oriental del
África extendida hacia el océano Índico y coincidente con
áreas de sequía o grandes disminuciones de lluvia.
La circulación en gran altura es predominante del este;
cerrándose la célula con el descenso del aire en el Pacífico
occidental, lo cual trae como consecuencia sequías para la
región. Cuando los vientos superficiales del este son
remplazados por vientos del oeste, el afloramiento
ecuatorial desaparece, las corrientes Ecuatoriales Norte y
Sur se debilitan, la contracorriente Ecuatorial se intensifica
y la corriente Ecuatorial subsuperficial (que fluye de oeste
a este por debajo de la corriente Ecuatorial) desaparece.
Como resultado se tiene acumulación de aguas cálidas,
hundimiento de la termoclina y aumento del nivel del mar
en la costa oriental del Pacífico, la temperatura superficial
del mar en la costa norte del Perú sobrepasa en varios
grados celsius a los valores normales.
Los valores negativos del Índice de Oscilación del Sur
(IOS) corresponden a disminuciones de la presión
atmosférica en el Pacífico tropical oriental e incremento de
la misma en el sector central y occidental. La fase positiva
del índice generalmente está relacionada con una situación
inversa: disminución de la presión en la parte occidental y
central e incremento en la oriental. Todo esto está
relacionado con cambios en la circulación troposférica que
inciden en la reducción de precipitación. Comúnmente la
fase negativa trae como consecuencia incrementos de las
lluvias en el sector oriental del Pacífico tropical y reducción
en el sector central y occidental, la fase positiva conlleva a
una situación inversa.
CONCLUSIONES
La oscilación cuasibienal presenta una ciclicidad de
características que al parecer tienen una influencia
relacionada con la intensidad y magnitud de los eventos
cálidos (fenómenos de El Niño-Oscilación del Sur) y sus
opuestos (fenómenos de La Niña-Oscilación del Sur) en el
Océano Pacífico tropical. Las señales muestran que en
eventos El Niño, catalogados como intensos, se ha
observado la transición de la fase Este a Oeste en el viento
zonal de la oscilación cuasibienal mientras que en eventos
menos intensos el régimen de vientos característicos de la
baja estratosfera ha presentado una transición opuesta a la
anterior. También se ha observado que en general, en los
distintos eventos cálidos ha prevalecido la fase cálida de la
onda cuasibienal.
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