Meteorología Colombiana

N°9

pp. 67 -74

Marzo 2005

Bogotá D.C.

ISSN-0124-6984

EL íNDICE NAO COMO ELEMENTO MODULADOR DE LA VARIABILIDAD CLIMÁTICA DEL

PERíODO POCO LLUVIOSO EN CUBA

THE NAO INDEX AS MODULATING ELEMENT OF THE CLlMATIC VARIABILlTY OF THE

LOW-PRECIPITATION SEASON IN CUBA

AUNA RIVERO VALENCIA Centro del Clima. Instituto de Meteorología.

Ciudad de la Habana. Cuba. Emaíl: [email protected]

PAULO L. ORlíz BULlÓ Centro del Clima. Instituto de Meteorología.

Ciudad de la Habana. Cuba. Email: [email protected]

Rivero, A. & Ortíz, P. 2005: El índice NAOoomo elemento modulador de la variabilidad climática del período poco lluvioso en Cuba. Meteorol. Colomb. 9:67-74. ISSN 0124-6984. Bogotá, D.C. - Colombia.

RESUMEN El papel del acoplamiento océano - atmósfera para determinar la variabilidad global del NAO es de sumo interés hoy en día para muchos científicos ya que la NAO también resulta ser uno de los elementos causantes de la variabilidad climática sobre todo durante el periodo invernal en muchos paises del hemisferio norte. Por todo lo anterior, en este trabajo se efectúa un estudio de la influencia de la NAO, el comportamiento de la variabilidad del clima en Cuba descrita por medio de los índices de Bultó, con el objetivo de profundizar en la relación existente entre el NAO, los índices de Bultó (lBs) y las anomalías de precipitaciones durante la temporada poco lluviosa en Cuba, tomando para el análisis la información correspondiente desde 1941 hasta el 2004. Los estudios evidenciaron que el índice NAO influye sobre las anomalías de la variabilidad en Cuba descritas a través de los índices climáticos complejos lBs, describiendo estos últimos las señales que modulan el comportamiento de las anomalías de las preci­ pitaciones, por lo que constituyen predictores potenciales a ser introducidos en los modelos de pronósticos de las anomalías de la variabilidad de la lluvia y del clima en Cuba. Palabras Clave: NAO, ENOS, aBO, índice, variabilidad, anomalías climáticas.

ABSTRAeT The role of the ocean - atmosphere coupling in determining the global variability of the NAO is of the highest interest today for many scientists, since the NAO turns out to be one of the elements in the climatic variability, mainly during the winter period in many countries of the North hemisphere. In this work we evaluate the influence of the NAO, the behaviour of the variability of the climate in Cuba as described by means of the Bultó indexes, with the objective to deepen the understanding of the existing rela­ tion between the NAO, Bultó indexes (lBs) and the precipitation anomalíes during the low-precipitation season in Cuba, using in the analysis the corresponding information from 1941 to 2004. The results show that the NAO index is related to the anomalíes of the variability in Cuba as described by the complex climatíc indexes lBs, the latter of which describe the signals that modulate the behaviour of the anomalies in precipitation, constituting thereby potential predictors, to be introduced in the prognostic models of the anomalies in the variability of rain and climate in Cuba. Keywords: NAO, ENOS, aBO, index, variability, clímatic anomalies.

METEOROLOGIA COLOMBIANA N° 9 - MARZO 20

INTRODUCCiÓN Durante la última década del siglo pasado se realizaron nume­ rosos estudios enfocados al estudio de la variabilidad del clima y la influencia del evento ENOS sobre los diferentes elementos climáticos ya que muchos autores la consideran como la más importante señal de la variabilidad climática interanual, aunque no es la única que modula el clima regional. A partir del desarrollo de los modelos de circulación general de la atmósfera y de diversos experimentos realizados en la región del Pacífico fue reconocido con más fuerza el papel del estado del mar en los patrones de circulación de la at­ mósfera, causa primera de la ocurrencia de anomalías en los elementos climáticos. (Cárdenas y Naranjo 1996). En el sistema océano-atmósfera existen dos grandes oscila­ ciones que presentan diferencias fundamentales la Oscila­ ción del Sur (OS) y la Oscilación Nor Atlántica o North Atlantic Oscíllation (NAO) que está determinada por la anomalía con respecto a la diferencia de presión que suele haber entre la alta de las Azores y la baja de Islandia, ejerciendo un fuerte control sobre el clima invernal en Europa, Norteamérica y el Norte de Asia. (Landscheidt, 2003). Tradicionalmente el índice de la NAO se define como la dife­ rencia de presión atmosférica entre las estaciones de Islandia (Stykkisholmur) y las islas Azores (Ponta Delgada). Si partimos de la hipótesis, de que la estacionalidad del clima en Cuba esta gobernada por la posición en que se encuentre el Anticiclón de los Azores, entonces cualquier variación en este centro de altas presiones provocará una modificación en la variabilidad del clima en Cuba. (Ortiz, et al., 2003). El objetivo de este trabajo es profundizar en la relación exis­ tente entre los índices de Bultó, la NAO y las precipitaciones durante la temporada poco lluviosa en el período comprendi­ do desde 1941 hasta el 2004 (diciembre a marzo).

MATERIALES Y MÉTODOS Materiales

Se trabajó en el estudio con tres bases de datos, las cuales se describen a continuación: - Valores estandarizados del índice NAO durante los meses

de diciembre a marzo del período comprendido desde 1864­ 2004 a partir de la información de la página. http://www.cgd.

ucar.edu.cas/hurrell/indices.html.

- Datos promedios mensuales de precipitación para toda Cuba

durante el período poco lluvioso (invierno), seleccionando los

meses de diciembre-marzo del período 1941-2004.

- Valores estandarizados de los índices desde 1980-2004.

(X) Y las desviaciones típicas (S) mensuales del período 1941­ 2004 en el caso de las precipitaciones. Los datos de precipitaciones se transformaron en anomalías porcentuales respecto a las medias mensuales correspon­ dientes al período 1951-1980. Para el análisis de tendencia se utilizó la metodología descri­ ta por Sneyers (1990), la cual permite estimar la tendencia y la zona del punto de cambio de la misma. La caracterización de la variabilidad climática en sus diferentes escalas, fue realizada por mediación de los tres índices climáti­ cos propuestos para estos casos (Ortíz y Rivero, 2004) En el análisis de las relaciones se aplicaron las técnicas de análisis exploratorios de datos, conocidas por sus siglas en ingles como EDA, así como se calcularon los coeficientes de correlación de Pearson para determinar el nivel y significación de las relaciones. Durante el procesamiento de la información y obtención de los resultados se utilizó el software S-Plus 2000, Statistical 6.0 y el WinStat 2.0 para el cálculo de la tendencia.

RESULTADOS Y DISCUSiÓN La NAO ha sido reconocida como el modo principal de la variabilidad climática en el hemisferio norte extratropical, y reproduce aproximadamente el 60% de la varianza total de la presión a nivel del mar, (Gimeno, L. 2003). Su influencia sobre las condiciones rneteorológicas ha sido bien caracteri­ zada por Hurrell, (1996), Thompson y Wallace, (1998). Debido al hecho de que la NAO es más íntensa durante el invierno, la mayor parte de los estudios se refieren exclusiva­ mente a esta época del año. El índice NAO utilizado es el de Jones et al., (1997). En el Atlántico norte durante los meses de invierno, con un NAO positivo (izquierda), los vientos del oeste penetran con fuerza en las latitudes altas de Eurasia y suben las temperaturas. El centro de presión subtropical es mayor que lo normal y el centro de baja presión en Islandia es más profundo que lo normal ocasionando al este de los EU condiciones invernales moderadas y húmedas. Por otra parte con un NAO negativo (derecha) las masas de aire Atlánticas penetran poco en el interior, en donde domina el frío del anti­ ciclón siberiano de invierno. Figura 1 (Landscheidt,2003).

Métodos

Como método se siguió el procedimiento con la series de anoma­ lías, para lo cual previamente se calcularon los valores medios

Figura 1. Patrón típico de la fase positiva y negativa de la NAO.

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RlVERO & ORTíz: íNDICE NAO COMO ELEMENTO MODULADOR VARIABILIDAD CLlM

Tendencia observada en la NAO La intensidad de la NAO se mide mediante un índice en el cual desde 1970 se observa un importante aumento de las anomalías positivas, resultado este que concuerda con los obtenidos por Centella, A., et al., (1997).

El índice NOA, presenta una considerable variabilidad inter­ estacional e interanual, así como una tendencia a permane­ cer en fase positiva o negativa durante intervalos de varios años, siendo de gran interés la persistencia en las últimas décadas a positivo (Figura 2).

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Figura 2. Tendencia de las anomalías del índice NAO 1864-2004,

Esta alternancia controla las fluctuaciones en la velocidad y dirección de los vientos superficiales del oeste de las latitu­ des medias del Atlántico norte así como el transporte meri­ dional de calor y vapor de agua. Esto conlleva a sensibles cambios en los patrones de temperatura y precipitación en el Atlántico norte. Según el comportamiento del estadígrafo directo de Mann­ Kendall (M-K) desde 1941 hasta el 2004, se muestra una clara tendencia con un valor global del estadígrafo de 1.9740 de la serie de la NAO, que resulta altamente significativa (p=0.004), corroborando la persistencia de los valores po­ sitivos en las anomalías de la serie a partir de la década de los 90. Resultado que corrobora lo observado y planteado por otros autores. \'alol"MK ;";1

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Ya Hurrell, (1995) y Cárdenas, (1998), habían encontrado una fuerte relación estadística entre los valores del índice NAO y el comportamiento de las precipitaciones y las temperaturas en Cuba, aspecto que encuentra ahora su fundamentación físi­ ca al tener descrito el mecanismo de transferencia de energía entre el comportamiento de la actividad solar, el NAO y la po­ sición del Anticiclón de los Azores, así como el efecto que este produce sobre la temperatura superficial del hemisferio Norte ante anomalías positivas del NAO, a partir de los hallazgos de Kodera, (2002), Gimeno, (2003) y Landscheidt, (2003). Partiendo de estos resultados, se procedió a clasificar la NAO en tres fases, positiva, negativa y normal, a partir de la implementación del análisis de Cluster y su relación con el comportamiento de las precipitaciones. Considerando las tres fases que caracterizan al índice NAO decidimos elegir en el método de las K-medias a K=3, usando para ello la información de la NAO y las precipitaciones, En la Tabla 1 se resumen los centroides encontrados en las series originales. Tabla 1. Centroides del Análisis Cluster,

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-3 Figura 3. Series directa (línea continua) y retrógrada (línea discontinua) del estadígrafo de Mann-Kendall (MK) para los valores del índice NAO, Período 1941 2004,

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La interpretación física de los Cluster resulta evidente, pues el cluster 1 corresponde a fase positiva de la NAO (3.42), el Cluster 2 corresponde a la fase negativa de la NAO (-1.88) Y el cluster 3, corresponde a la situación normal del índice NAO, próximo a cero (.55). La aplicación de la prueba F y de la prueba de diferencias significativa de Ficher nos permiten

METEOROLOGIA COLOMBIANA N° 9 " MARZO 2005

concluir que las tres medias son significativamente diferentes al 95% del nivel de confianza.

Las relaciones pueden ser interpretadas de la siguiente manera: En el caso en que coincidan valores positivos del índice NAO con condiciones de evento cálido, se provoca un reforzamien­ to en las anomalías del evento, que si se combina además con la fase Este(E) de la aBO se propician condiciones favorables para procesos lluviosos significativos en la temporada poco llu­ viosa (invemal); en cambio si esta misma condición se mani­ fiesta con la fase Oeste (W) de la aBO se producen anomalías positivas de interés en el régimen térmico y negativas en el pluviométrico, por lo que una gran parte de la variabilidad en el periodo poco lluvioso estaría explicada por el patrón del NAO (Ortiz,2004), resultado este que concuerda con lo planteado por Gimeno (2003), y que nos permiten afirmar de que la señal del la NAO es una de las principales fuentes de la variabilidad climática en el período invernal para el hemisferio norte.

La figura 4 muestra la distribución de la variabilidad de las ano­ malías de la lluvia en función del comportamiento de la NAO para Cuba, observándose que las fronteras de los cluster no se pueden definir claramente, dándose el mayor solapamiento entre el paso de fase normal a fase cálida de la NAO, lo que nos lleva a explicar este comportamiento mediante la incorpo­ ración de otros procesos regionales que se dan en el área, los cuales provocan los solapamientos observados.

En la Figura 5 se muestra un ejemplo donde se recogen los efectos sobre la variabilidad climática expresada por el lB t,3,c, cuando sobre nuestro país se encontraba influyendo la señal de un proceso cálido, combinado con valores de aBO transitando en fase de Oeste (W) a Este (E) y fase positiva del índice NAO, ocasionando un impacto en el comportamiento del clima en el período poco lluvioso de manera no clásicos (inviernos mas cálidos y húmedos en términos generales con gran frecuencia de frentes) (Cárdenas, 1996) (Ortiz, 2004). Si tenemos en cuenta que se observa una tendencia creciente del índice NAO con valores positivos en la segunda mitad de la década de los 90, y que está asociada con el calentamien­ to invernal (Gimeno, 2003), entonces resulta ahora claro para nosotros la génesis de la tendencia mostrada por lB t,3,c hacia valores positivos en las anomalías en los últimos años.

Figura 4. Diagrama de dispersión (método de K-medias) para los datos de Cuba.

Generalmente valores positivos del índice NAO están asocia­ dos con anomalías positivas de las precipitaciones. Como se muestra en la Fígura 4, corroborando los estudios anteriores. Sin embargo hay una fuerte asociación encontrada entre el NAO, MEI, Y la aBO con eIIBt,3,c. (Ortiz, 2004). Los cuales nos permiten afirmar que el lB t,3,c describe la señal de estos tres procesos y por ende la simulación de los mismos. 45

Estos resultados permiten aportar elementos importantes para la formulación de modelos de predicción de la variabili­ dad climática a partir del lB t,3,c, para períodos de hasta seis meses de antelación usados como predictores exógenos de la varianza del NAO, MEI Y la aBO.

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