del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera Cienc. Tecnol. Mar, 30 (1): Estudio 55-72, 2007

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ESTUDIO DEL DESARROLLO Y COMPORTAMIENTO DE LA VAGUADA COSTERA DURANTE EL CRUCERO CIMAR 6* STUDY OF THE DEVELOPMENT AND THE BEHAVIOR OF THE COASTAL THROUGH DURING THE CIMAR 6 CRUISE JUAN QUINTANA JORGE F. CARRASCO JUAN PIZARRO Dirección Meteorológica de Chile Fecha de recepción: 10 de marzo de 2004 - Versión corregida aceptada: 5 de febrero de 2007.

RESUMEN Se presentan los resultados del proyecto "Estudios del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera en el litoral centro - norte de Chile, realizado en el marco del CIMAR 6 Islas Oceánicas, a bordo del buque AGOR “Vidal Gormaz”. El crucero fue organizado por el Comité Oceanográfico Nacional (CONA). Los análisis de los datos meteorológicos recolectados a bordo y en las estaciones de Juan Fernández (33º 44’ S; 78º 59’ W) y Santo Domingo (33º 51’ S; 71º 38’ W), dan cuenta del comportamiento de la Capa Límite Marina (CLM) que afecta la costa central de Chile. Los resultados indican que el paso de perturbaciones ciclónicas de escala sinóptica elevan la altura del nivel de la inversión de subsidencia, es decir, aumenta el espesor de la CLM; mientras que, el desarrollo de la vaguada costera (una configuración a escala subsinóptica) provoca un descenso de la altura de la inversión (disminuye el espesor de la CLM). Se estudia un evento de vaguada costera ocurrido entre el 3 y 8 de octubre de 2000. La disminución de la humedad relativa medida en el transecto oceánico junto con la disipación de la nubosidad baja del tipo estratos cúmulos, genera un área despejada frente a la costa central que está asociada al viento de componente este que prevalece durante la fase de inicio de la vaguada costera. El efecto sobre la CLM, alcanzó las área de Juan Fernández y por donde el buque navegaba (80º W; 33º - 30º S); es decir, una extensión de cerca de 1.000 km desde la costa sobre el océano abierto. En relación a los mecanismos asociados al desarrollo de la vaguada costera, está la existencia de un gradiente de presión meridional apuntando hacia el sur forzado por condiciones sinópticas postfrontales de la troposfera media y baja, y la formación de un jet de bajo nivel costa afuera con flujo del sur. Palabras claves: Capa Límite Marina, inversión de subsidencia, dorsal, vaguada.

ABSTRACT Results of the project entitled "Studies of the development and behavior of the coastal low along the central and northern coast of Chile", are discussed here. The project was supported within the framework of the CIMAR 6 Oceanic Islands campaign, and it was conducted on board the ship AGOR “Vidal Gormaz”. The cruise was organized by the Comité Oceanográfico Nacional (CONA). Analyses of the meteorological data collected on board and in the stations of Juan Fernández (33º *Proyecto CONA-C6I 00-16.

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40’ S; 78º 59’ W) and Santo Domingo (33º 31’ S; 71º 38’ W), give account of the behavior of the Marine Boundary Layer (MBL) that affects the central coast of Chile. Results indicate that the passage of synoptic-scale cyclonic disturbances rise the level of the subsidence inversion, i. e, it increases the depth of the MBL; whereas, the development of coastal throughs (a subsynoptic-scale feature) in central Chile causes a lowering of the level of the inversion (the depth of the MBL decreases). A coastal low event occurred between 3 and 8 of October 2000 is studied. Decrease of the relative humidity along with the dissipation of the stratus-cumulus low cloud, which generates a clearing area offshore of central coast of Chile, are associated to the easterly component of the wind that prevails during the initial phase of the development of the coastal low. Effect upon the MBL and the mechanisms associated to the development of the coastal through, in terms of the physical and dynamic changes that occur in the MBL, reached the area of Juan Fernández Island and the area where the ship was navigating (80º W, 33º - 30º S); i.e., an extension of near 1.000 km offshore of the central coast of Chile. The development of the coastal trough (low) is associated with the presence of a meridional pressure gradient pointing southward, and the northward airflow of the offshore low level jet. Key words: Marine Boundary Layer, subsidence inversion, ridge, trough. INTRODUCCIÓN La climatología y las condiciones meteorológicas que afectan a Chile, en particular la zona norte y central, están definidas y asociadas en gran medida por la presencia y dinámica del centro permanente de altas presiones del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur (ASPS). La subsidencia de gran escala representada por la componente descendente de la circulación de Hadley en las proximidades de los 30° S, junto a las aguas oceánicas relativamente frías a lo largo de las costas chilenas (Corriente de Humboldt) y el predominio sursuroeste del flujo de aire superficial, estructuran una Capa Límite Planetaria de Aire Marino (CLM) con una fuerte inversión de temperatura en su tope. Tal como indicara Rutllant (1997), la influencia permanente del ASPS en la costa centro-norte de Chile queda en evidencia en la persistencia de más del 90% del tiempo de la subsidencia registrada en los radiosondajes que se realizan diariamente en Antofagasta (23º S). Una capa persistente de nubosidad tipo estratos cúmulos (Sc) se desarrolla dentro de la CLM en el sector oriental de la Alta, sobre las aguas oceánicas frías, y afecta casi permanentemente la costa norte y con menor frecuencia, la zona central del país. La cubierta de Sc alcanza su mayor frecuencia

y extensión entre la costa de Chile y los 100° W durante la estación de primavera (sep-octnov), con más del 60% del tiempo en octubre (Garreaud y otros, 2001). A una escala sinóptica (5 a 7 días), el comportamiento del borde austral del ASPS se ve afectado por el paso del perturbaciones ciclónicas extratropicales (frentes, vaguadas y bajas segregadas) y por anticiclones fríos (Garreaud et al., 2001, Carrasco & Quintana, 2004). Durante el tránsito al este y por la zona sur del país, los anticiclones fríos migratorios suelen generar las condiciones físicas y dinámicas para la formación de vaguadas costeras en el litoral centro - norte de Chile (Rutllant, 1993, 1994; Garreaud et al., 2002; Garreaud & Rutllant, 2003). La importancia de la baja costera radica en que permite el desarrollo y posterior desplazamiento al sur de una porción del manto de nubosidad baja Sc que prevalece en el océano frente a las costas del norte de Chile - sur de Perú, hacia las costas de la zona central de país; la cual ocasionalmente incursiona a los valles interiores. Lloviznas y/o nieblas pueden estar asociadas con esta condición meteorológica. A la vez, en su fase inicial de desarrollo, el flujo del este y/o sureste asociado con la for-

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera

mación de la vaguada costera y que tiene lugar en la CLM en la zona central, disipa la nubosidad Sc despejando un área que puede alcanzar varios cientos de kilómetros mar adentro (Garreaud & Rutllant, 2003). Durante estos episodios de cielos despejados, la superficie del mar se ve expuesta a la radiación solar directa, la que puede aumentar a unos 40 W m–2 según lo señalado por Garreaud & Rutllant, (2003). Por otro lado la vaguada costera puede reforzar momentáneamente los vientos del sur y sursuroeste asociados a la circulación superficial en el margen oriental del ASPS (a lo largo de las costas del centro-norte del país). Estos vientos de fuerte componente sur favorecen la surgencia de aguas subsurperficiales frías y ricas en nutrientes en áreas de la costa occidental de América del Sur (Rutllant, 1997, Rutllant & Montecino, 2002). Además, que la dinámica asociada a la vaguada costera incluye el reforzamiento de la subsidencia en el borde suroriental del ASPS y por ende reduce el factor de ventilación al interior del continente durante el invierno (Rutllant & Garreaud, 1995, Rutllant, 1993, 1994; Ulriksen, 1980,

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Ulriksen y otros 1992). Por lo tanto, un estudio de las características del borde sureste del ASPS y de la CLM, en asociación con los desarrollos de vaguadas costeras, contribuye a un mejor entendimiento de este factor atmosférico que modula en buena medida la meteorología de la zona central y norte del país. En este artículo se presentan los resultados del proyecto “Estudios del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera en el litoral centro - norte de Chile”, realizado en el marco del CIMAR 6 Islas Oceánicas, a bordo del buque AGOR “Vidal Gormaz”. El crucero fue organizado y financiado por el Comité Oceanográfico Nacional (CONA). Su primera fase se llevó a cabo entre los días 27 de septiembre y 13 de octubre de 2000 y correspondió a la ruta Valparaíso (33º 0’ S; 71º 38’ W) - isla Juan Fernández (33º 40’ S; 78º 59’ W) - isla San Félix (26º 16’ S; 80º 08’ W) - Caldera (27º 03’ S; 70º 51’ W) - Valparaíso (Fig. 1). Este proyecto se realizó en conjunto con el Departamento de Geofísica (DGF) de la Universidad de Chile. A bordo se realizaron observaciones

Lanzamientos de radiosondas en buque oceanográfico Vidal Gormaz

Fig. 1: Fig. 1:

Latitud (°) 33.02 33.01 32.99 33.00 33.00 33.00 33.53 33.70 33.64 33.64 33.73 32.99 32.99 33.38 33.77 33.61 32.37 31.21 30.03 28.90 28.02 26.97 26.28 26.31 26.29 27.00 27.01 27.00 26.97 27.00 27.00

Longitud (°) 71.62 72.55 74.00 75.58 77.13 78.75 78.88 78.87 78.83 78.83 78.95 79.57 81.11 81.32 80.72 80.01 80.01 80.03 80.01 80.00 80.03 80.56 79.75 80.22 80.11 78.30 76.81 75.40 74.03 72.73 71.21

Fecha 27.Sep.2000 27.Sep.2000 28.Sep.2000 28.Sep.2000 29.Sep.2000 29.Sep.2000 30.Sep.2000 30.Sep.2000 01.Oct.2000 01.Oct.2000 02.Oct.2000 02.Oct.2000 03.Oct.2000 03.Oct.2000 04.Oct.2000 04.Oct.2000 05.Oct.2000 05.Oct.2000 06.Oct.2000 06.Oct.2000 07.Oct.2000 07.Oct.2000 08.Oct.2000 08.Oct.2000 09.Oct.2000 10.Oct.2000 10.Oct.2000 11.Oct.2000 11.Oct.2000 12.Oct.2000 12.Oct.2000

Hora (UTC) 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00

o

–25 S

Latitud Sur

Nº Vuelo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

24 25 23 22 26 21 20

27 28 29 30

31

19

o

–30

18 17 5 13 12 6 14 16 11 7 15 8 9 10

4

3

2 1

o

–35 S o

–85 W

o

–80

o

–75 Longitud Oeste

o

–70 W

Ubicación geográfica de los 31 lanzamientos de radiosondas realizados a bordo del buque AGOR “Vidal Gormaz” entre el 27 de septiembre y 12 de octubre de 2000. Geographical location of the 31 radiosonde lounches carried out onboard the vessel AGOR “Vidal Gormaz” between 27 September and 12 October 2000.

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las anomalías fueron tomadas respecto al período climatológico 1968-1996. Estos mapas fueron construidos a partir de los productos del proyecto Reanálisis del NCAR/NCEP (Kalnay y otros, 1996; Kistler y otros, 2001), a través la página web www.cdc.noaa.gov, del Centro de Diagnóstico Climático (CDC) de la NOAA (Administración Nacional del Océano y la Atmósfera) de los Estados Unidos. Las anomalías en las figura 2a y 2b representan, respectivamente, las alteraciones de la circulación atmosférica en superficie y en la troposfera media (500 hPa) respecto a la circulación media climatológica. Los compuestos muestran una región de anomalías positivas de la presión en el océano Pacífico centrada en los 118º W con 36º S, indicando que el ASPS se encontraba desplazado al suroeste respecto a su posición media; sin embargo, en la región de estudio los valores de la presión fueron cercanos al promedio climatológico. El análisis de 500 hPa también revela anomalías positivas en el Pacífico central centradas aproximadamente en 120º W con 37º S. En la región de estudio las anomalías positivas al-

meteorológicas de superficie cada 3 horas y vuelos de radiosondas a las 00:00 y 12 TUC (Tiempo Universal Coordinado) para la medición vertical de las variables meteorológicas. Simultáneamente se realizaron vuelos especiales de radiosondas en isla Juan Fernández (12:00 TUC) y se incorporaron al estudio los sondajes rutinarios realizados en Santo Domingo (00:00 y 12:00 TCU) por la Dirección Meteorológica de Chile (DMC). Además, en la DMC y en el DGF se recolectó información meteorológica de satélites y productos de análisis y pronósticos de modelos numéricos para la región, obtenidos del Centro Nacional de Predicción del Medio Ambiente (NCEP) de Estados Unidos. CONDICIONES MEDIAS DE LA CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA Las figuras 2a y 2b muestran respectivamente, las anomalías de la presión atmosférica del nivel del mar y de la altura geopotencial de 500 hectopascales (hPa) del período 27 septiembre - 13 octubre del año 2000, en donde

ANOMALÍAS a)

(hPa)

Presión Nivel del Mar

Ec

NOAA-CIRES/Climate Diagnostice Center

6

b) Ec

10S

4 10S

20

2 20

(m)

Altura Geopotencial 500 hPa NOAA-CIRES/Climate Diagnostice Center

70

50

30 20 0

30

0 30

2

-10

20

40

-2 40

4

2 -4

50

50

-8

100

90

80

70

60

50 W

60S 120 W

-50

-20

-2

60S 120 W 110

-30

-20

60 40 20

-70

110

100

90

80

70

60

50 W

Fig. 2: Anomalías de la presión a nivel medio del mar (a) y de la altura geopotencial de 500 hPa (b) del período 27 de septiembre al 13 de octubre de 2000. Las anomalías fueron calculadas respecto al período 1968-1996. Fuente de información: http://www.cdc.noaa.gov/Composites/Day/. Fig. 2: Mean sea-level pressure anomalies (a) and the geopotential height at 500 hPa (b) from September 27 to October 13, 2000. The anomalies were calculated relative to the 1968-1996 period. Source of the information is http://www.cdc.noaa.gov/Composites/Day/.

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera

canzan valores de 30 metros geopotenciales. La prueba estadística t-test revela que las anomalías no fueron estadísticamente significativas. Estos resultados indican que durante el período en cuestión (27 de septiembre - 13 de octubre) prevaleció una circulación anticiclónica (o menos actividad ciclónica), sobre las áreas de anomalías positivas, dado por el paso de dorsales y/o anticiclones migratorios que incidieron en el reforzamiento del ASPS en superficie, aunque desplazado al suroeste. Las anomalías en el nivel de 500 hPa también revelan el predominio anticiclónico (o menos actividad ciclónica) en las latitudes medias, dado por el paso de dorsales en altura, las que pudieron ser más intensas o más frecuentes que lo normal. Sin embargo, el área de estudio en donde se realizó el crucero de investigación (Fig. 1), si bien se vio afectada por el paso de perturbaciones sinópticas (descrito más adelante) mostró las variables meteorológicas dentro de los rangos normales. La condición atmosférica descrita se dio en el marco de la fase positiva del Índice de la Oscilación del Sur (IOS) y de anomalías frías de la temperatura de superficie del mar (TSM) en el sector ecuatorial central (Niño 3) de la cuenca del Pacífico; es decir, durante la ocurrencia del episodio La Niña 1998-2000. En efecto, el crucero se realizó con valores del IOS de +1,7 y +1,6 para los meses de septiembre y octubre, respectivamente y anomalías negativas de la TSM en el Niño 3 de –0,5 °C.

DESCRIPCIÓN METEOROLÓGICA DURANTE EL CRUCERO Los datos de la presión de superficie registrados a bordo del buque (Fig. 3a), muestran para el período del crucero un comportamiento oscilatorio con mínimos para los días 2, 8 y 12 de octubre y probablemente al inicio del crucero. El comportamiento del geopotencial de 500 hPa obtenido por los radiosondas a bordo del buque, revela sólo un mínimo el día 2 de octubre, junto con el ascenso de la tempera-

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tura del aire a ese mismo nivel. El examen de las cartas meteorológicas revela la presencia de una vaguada frontal (VS1 nomenclatura referencial para análisis posterior, ver Fig. 8) de características débiles con su eje en 500 hPa en las proximidades de 95º W y la baja en superficie centrada en los 85º W y 39º S, la que ocasiona a partir del 27 de septiembre un debilitamiento de la circulación anticiclónica en el borde oriental del ASPS. El día 28 el centro de la baja presión de 1.012 hPa se desplazó a la posición de 80º W y 40º S, alcanzando un mínimo de intensidad de 1.005 hPa. El día 29, el centro de baja se debilita y cruza rápidamente el continente al sur de los 45º S. El mínimo de presión registrado al inicio del crucero y el posterior ascenso de la presión coinciden con el paso de la perturbación frontal. El día 30 de septiembre, el anticiclón de características frías que siguió al paso de la vaguada frontal, se desplazó hacia el sector argentino, dando origen a la formación de una vaguada costera de intensidad débil y corta duración. Durante estos días, una nueva perturbación ciclónica (VS2) al oeste de los 100º W comenzó a desarrollarse y avanzar en dirección sureste. El centro de la baja presión en superficie llegó a los 1.011 hPa en la posición 94º W y 32º S el día 30 de septiembre. En la tropósfera media, según la configuración de la circulación a 500 hPa, el día 1 de octubre la vaguada asociada a la baja en superficie comenzó a amplificarse formando un núcleo (un centro de circulación ciclónica en altura) centrado en 91º W y 33º S. Al día siguiente, las cartas sinópticas de las 00:00 TUC (Tiempo Universal Coordinado) revelan que el núcleo en 500 hPa se debilitó rápidamente y se desplazó al sureste, ubicándose frente a las costas de Concepción (79º W, 39º S). En superficie el centro de baja presión ya debilitado alcanzaba un valor de 1.013 hPa, disipándose posteriormente en el continente. El mínimo de presión en superficie junto al mínimo de la altura del geopotencial de 500 hPa registrado el día 2 de octubre a borde del buque (y en isla Juan Fernández) y al día siguiente en Santo Domingo,

60

Fig. 3:

Fig. 3:

Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 30 (1) - 2007

Comportamiento trihorario de las variables meteorológicas observadas a bordo del buque AGOR “Vidal Gormaz” entre el 27 de septiembre el 13 de octubre a lo largo de la travesía indicada en la figura 1a) Presión atmosférica a nivel del mar, b) Componente zonal y meridional del viento, c) Temperatura del aire y media móvil de 24 horas d) Humedad relativa del aire. Three-hourly behaviour of the meteorological variables observed onboard of the vessel AGOR “Vidal Gormaz” between September 27 and October 13, along the transect indicated in Figure 1a) sea-level pressure, b) zonal and meridional wind components, c) Air temperature and 24 hours running mean d) relative humidity.

están indicando el paso de esta segunda perturbación sinóptica. A partir del día 3 de octubre, comenzó el restablecimiento de las altas presiones en superficie con el ascenso del geopotencial en 500 hPa sobre la región oceánica del Pacífico sureste. Los valores de la presión revelan una alta subtropical más intensa que sus valores medios y una dorsal con su eje en posición noroestesureste, incursionando sobre el continente por el sector sur del país (entre 35º - 45º S). Esta condición representada por un gradiente de presión apuntando hacia el sur establece un dipolo de anomalías en superficie con valores positivos al sur de los 30° S y negativos al norte de esta latitud. Asimismo, se inicia un even-

to de vaguada costera en la región central de Chile los días 3 y 4, alcanzando su máxima intensidad el día 5 de octubre (Fig. 8). El día 7, una nueva vaguada sinóptica en altura (VS3) comenzó a desplazarse a latitudes subtropicales del Pacífico sureste, estando su eje orientado en la posición 90º W y 32º S 88º W y 45º S. La evolución de esta perturbación frontal tuvo rápido desplazamiento al este, la que no afectó el área de estudio con fenómenos meteorológicos significativos en superficie en la zona central, pero sí al sur de la latitud 38º S, en donde se registraron precipitaciones que superaron los 15 mm en las estaciones continentales el día 8 de octubre. El paso de esta tercera perturbación ocasionó el

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera

descenso de la presión en la zona de estudio con el mínimo registrado el día 8 de octubre. Desde el día 9 al 13 de octubre, se observó un predominio de la circulación anticiclónica en superficie, con su núcleo anormalmente intenso (1.032 hPa) y ubicado más al oeste que su posición climatológica (34-36º S, 100-105º W). En altura (500 hPa), la presencia de un flujo del suroeste asociado a una dorsal de gran escala fue lo característico para la zona de estudio. En este período, el borde costero de Chile central estuvo dominado por un marcado flujo meridional de superficie de dirección Sur con intensidad de 20 m/s (Fig. 3b). Esta condición de flujo meridional intenso en la tropósfera baja corresponde a la presencia del jet costero frente Chile central (30° S), y fue estudiado con detalle en los trabajos de Garreaud & Muñoz (2005) y Muñoz & Garreaud (2005). Los análisis de los días posteriores revelan un nuevo desarrollo de una vaguada y posterior centro de circulación ciclónica (VS4) tanto en superficie como en altura, el que tiene lugar a partir del día 14 de octubre pasando luego al lado argentino. EVENTO DE VAGUADA COSTERA OCURRIDO ENTRE 3 Y 8 DE OCTUBRE Comportamiento de las variables meteorológicas en superficie A partir del análisis de la presión a nivel del mar, las componentes meridional y zonal de los vientos superficiales y de variables meteorológicas que definen la capa de mezcla marina (humedad, temperatura potencial) registrados a bordo del buque y en las estaciones costeras de la zona central, se identifican 3 episodios de vaguada costera durante el período que duró la travesía. Uno ocurrido los días 29 y 30 de septiembre (VC1), otro entre el 3 y 8 de octubre (VC2), y el último los días 9 y 10 de octubre (VC3). El segundo evento, el más importante por su intensidad y duración, será analizado a continuación en detalle. El comportamiento trihorario de la presión y la temperatu-

61

ra del aire a bordo no muestran los cambios a escala subsinóptica de sus valores que justifiquen la ocurrencia de una vaguada costera (Fig. 3c). Las componentes del viento de superficie (Fig. 3b), si bien presentan una alta variabilidad horaria y diaria, muestran episodios del este de la componente zonal del viento los días 28 de septiembre, 2 de octubre y entre el 8 y 10 de octubre que coinciden con los episodios de vaguada costera. Lo mismo sucede con los episodios de disminución y mínimos de humedad relativa del aire registrados los días 29 de septiembre, entre el 2 y 4 de octubre y el 9-10 de octubre. Un análisis de presión a nivel del mar en el litoral central usando datos de las estaciones de La Serena (29º 54’ S; 71º 12’ W) y Santo Domingo (Fig. 4) revela que la variación diaria de la presión captura la ocurrencia de las vaguadas costeras. La diferencia de las presiones entre ambas localidades alcanza un mínimo los días 29 de septiembre, 6 y 9 de octubre. Aunque normalmente la presión es ligeramente más alta en Santo Domingo (∼0,5 hPa) que en La Serena, bajo estas condiciones asociadas al desarrollo de una vaguada costera, la diferencia de presión se invierte los días 6 y 9 de octubre, dando cuenta de la propagación al sur del mínimo presión, tal como lo indica el comportamiento típico de vaguadas costeras (Garreaud et al., 2002). La comparación con los datos observados a bordo (Fig. 3a) revela que mientras el comportamiento de la presión en las estaciones costeras más bien refleja el efecto de la dinámica a escala subsinóptica, los de a bordo, obedecen a la dinámica asociada a la escala sinóptica. La observación trihoraria de nubosidad a bordo del buque se muestra en la figura 5. Esta fue realizada por inspección visual identificando el tipo de nubes y la cantidad de cielo cubierto expresada en octas, variando entre 0 (para cielo despejado) y 8 octas (para cielo cubierto), de acuerdo a las normas y procedimiento establecidas por la Organización Meteorológica Mundial (OMM). La gráfica muestra el comportamiento de la nubosidad baja del

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–2,0

13-oct-2000

1008,0

12-oct-2000

–1,0

11-oct-2000

1010,0

10-oct-2000

0,0

9-oct-2000

1012,0

8-oct-2000

1,0

7-oct-2000

1014,0

6-oct-2000

2,0

5-oct-2000

1016,0

4-oct-2000

3,0

3-oc t-2000

1018,0

2-oct-2000

4,0

1-oct-2000

1020,0

30-s e p-2000

5,0

29-s e p-2000

1022,0

28-s e p-2000

6,0

27-s e p-2000

1024,0

Santo Domingo - La Serena

Presión nivel del mar

62

Fecha La Serena

Fig. 4: Fig. 4:

Fig. 5: Fig. 5:

Santo Domingo

Diferencia

Comportamiento de la presión atmosférica mínima diaria a nivel del mar en la localidad de La Serena y Santo Domingo. Daily behaviour of the Atmospheric minimum sea-level pressure at La Serena and Santo Domingo.

Cantidad diaria de nubosidad tipo estratocúmulos (Sc) expresada en octas de cielo cubierto, observada a bordo del AGOR “Vidal Gormaz”, entre el 27 de septiembre y 13 de octubre de 2000. Daily amount of stratuscumulus (Sc) clouds expressed in octas of sky cover, observed onboard AGOR “Vidal Gormaz”, between September 27 and Octuber 13, 2000.

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera

(a) Fig. 6:

Fig. 6:

63

(b)

Imágenes satelitales en el espectro Visible del Satélite GOES 8 de las 17:45 TUC, correspondiente a los días 3 (a) y 5 (b) de octubre de 2000. Las zonas de color blanco y de tonos grises se asocian a presencia de nubosidad, mientras que el color oscuro (negro) indica áreas de cielos despejados. Vissible satellite images from GOES 8 satellite at 17:45 UTC 3 and 5 October 2000. White and gray areas are indication of clouds while dark color indicate clear-sky areas.

tipo Sc entre el 27 de septiembre y el 12 de octubre y revela dos episodios en donde predominaron los cielos parciales, es decir con menos del 50% de cielo cubierto de nubes, ocurridos los días 29 de septiembre, entre el 4 y 6 de octubre, y el día 9 de octubre. Estos coinciden con los mínimos de humedad relativa y con los eventos de vaguada costera. La experiencia sinóptica de los autores y estudios realizados por Garreaud y otros (2002) indica que, en la fase inicial del desarrollo de la vaguada costera la circulación superficial del este, asociada al margen sur de la vaguada, disipa y despeja la nubosidad baja de la costa central y del sector oceánico adyacente (Fig. 7), mientras que el viento del oeste-noroeste que se desarrolla al norte (alrededor de la latitud 30º S) del centro de presión mínima de la vaguada comienza a desplazar la nubosidad baja hacia la costa y al sur (note la nubosidad a lo largo de la costa que se ubica al norte del área despejada en la Fig. 6b). El área

despejada en la fase inicial puede alcanzar 1.000 km mar adentro como lo muestran la imagen satelital del día 5 de octubre de la Fig. 6b (ver también Garreaud & Rutllant, 2003). La humedad relativa, el viento de componente este y la nubosidad son los parámetros meteorológicos en superficie que aparecen como los más persistentes asociados a los eventos de vaguada costera tal como ya ha sido señalado por estudios anteriores (i.e., Garreaud & Rutllant, 2003). Capa Límite Marina (CLM) A través de la información obtenida de los radiosondas realizados en el buque AGOR “Vidal Gormaz”, en las islas Juan Fernández y Santo Domingo, se analizó el comportamiento de las variables de temperatura, humedad del aire y vientos que caracterizaron la CLM, con énfasis en el período entre el 3 y 8 de octubre de 2000.

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En ausencia de la influencia de una perturbación ciclónica sinóptica, un perfil vertical de temperatura (Fig. 7) en la zona de estudio debiera mostrar el descenso de la temperatura del aire (Ta) con la altura hasta un nivel en donde el gradiente vertical de temperatura se invierte drásticamente (de negativo a positivo), es decir, la temperatura del aire aumenta rápidamente con la altura y luego a comienza nuevamente a descender. La capa en donde prevalece el gradiente positivo es llamada inversión de subsidencia y está dado por el descenso del aire de las capas superiores, que corresponde a la rama descendente de la circulación de Hadley. A ello se suma factores como advección térmicas horizontales originadas por el flujo superficial del este que incrementa significativamente la estabilidad atmosférica por sobre la CLM cercana a la línea costera y otros forzantes como la pronunciada topografía costera (Muñoz & Garreaud, 2005). Se estima que a la latitud 30º S, la CLM tiene una altura de 800 m y el espesor de la capa de inversión cerca de 600 m, con un incremento de la temperatura de alrededor de 6 ºC (Rutllant, 1994). La humedad relativa del aire en los distintos niveles

de altura, está dada por la proximidad entre las curvas de temperatura del aire (Ta) y la temperatura del punto de rocío (Td) graficadas en la Fig. 7. Si la humedad es alta (baja) las curvas están cercanas (separadas) una de la otra. Un 100% de humedad significa que Ta es igual a Td y el aire estará saturado y formará nubosidad. Estos conceptos fueron utilizados para obtener la evolución diaria de la altura o espesor de la CLM que se muestra en la Fig. 8. Esta corresponde a la altura a la cual se encuentra ubicada la base del nivel de la inversión de subsidencia obtenida del perfil vertical de la temperatura del aire que entregan los radiosondeos realizados a bordo y en tierra. Los gráficos de la Fig. 8 muestran la relación inversa entre la temperatura del aire en la base de la inversión y la altura a la que ésta se encuentra. Las correlaciones entre las estas variables fueron respectivamente de –0,63, –0,89 y –0,9 para los datos de Santo Domingo, Juan Fernández y a bordo del buque, con una significancia estadística de 95%. Esta se explica fácilmente a partir de la figura 7. Si aumenta (disminuye) la altura de la inversión disminuye

Altura Ta Td

Tope de la inversión Base de la inversión Nubosidad Temperatura

Fig. 7: Fig. 7:

CLP

+

Esquema idealizado de los perfiles de temperatura del aire (Ta) y temperatura de rocío (Td) que se obtiene de los radiosondas. Idealized scheme of the air temperature (Ta) and dew point temperature (Td) obtained from radiosondes.

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera

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Santo Domingo Base de la Inversión por Subsidencia

Vs2

Vs3

Vs4

Temperatura (°C)

15 10 5 0

27 28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

-5

Vc2

Vc1

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Altura (m)

Vs1 20

Vc3

Días (sep./oct. 2000) Temperatura Altura

Juan Fernández Base de la Inversiòn por Subsidencia

Vs4

Vs3

Vs2

Temperatura (°C)

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

15 10 5 0

Vc1

Vc2

17

16

15

14

13

12

11

9

10

8

7

6

5

4

3

2

1

30

29

28

27

-5

Altura (m)

Vs1 20

Vc3

Días (sep./oct. 2000) Temperatura Altura

Buque “Vidal Gormaz” Base de la Inversiòn por Subsidencia

Vs2

Vs3 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Temperatura (°C)

15 10 5 0

27 28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

-5

Altura (m)

Vs1 20

Vc1

Vc2 Días (sep./oct. 2000) Temperatura Altura

Nota:

Note:

Fig. 8:

Fig. 8:

Vs y Vc indican vaguada sinóptica y vaguada costera respectivamente en los eventos 1, 2 y 3. Área sombreada en gris indica el evento de vaguada costera más importante desarrollado entre el 3 y 8 de octubre de 2000. Vs and Vc indicate synoptic and coastal trough respectively in the events 1, 2, and 3. Gray area indicates the coastal trough that had the most important development that took place between 3 and 8 octuber 2000.

Evolución diaria de la altura (m) y temperatura del aire (°C) de la base de inversión por subsidencia correspondiente a Santo Domingo, Juan Fernández y buque AGOR “Vidal Gormaz”, entre el 27 de septiembre y 17 de octubre de 2000. Daily evolution of the altitude (m) and air temperature (ºC) at the inversion base observed at Santo Domingo, Juan Fernández and onboard vessel AGOR “Vidal Gormaz”, beween September 27 and October 17, 2000.

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(aumenta) la temperatura del aire en su base. La variabilidad diaria de la inversión de subsidencia está asociada al paso de las perturbaciones extratropicales de escala sinóptica y al desarrollo de las vaguadas costeras. Los aumentos de la altura de la inversión suelen ocurrir al paso de vaguadas en la tropósfera media y sistemas frontales (Carrasco & Quintana, 2004). De hecho, estas últimas perturbaciones rompen totalmente la inversión de subsidencia la que sólo es restablecida cuando el ASPS vuelve a prevalecer en el sector. Por otra parte, los mecanismos asociados con el desarrollo de la vaguada costera acentúan la subsidencia en la zona central debido al flujo del este asociado con la circulación anticiclónica de la alta sinóptica que se desplaza hacia el sector argentino y reforzado por el viento de barrera que tiene lugar en el lado oeste de la Cordillera de los Andes (Garreaud & Rutllant, 2003). Durante el período 27 de septiembre - 13 de octubre, se observó una elevación del nivel de la inversión los días 28 de septiembre, 2 y 9 de octubre, tanto en Juan Fernández como en Santo Domingo. Estos coinciden con el paso de las vaguadas sinópticas descritas anteriormente (VS1, VS2 y VS3). Además, se registraron elevaciones de la inversión los días 12 y 15 de octubre. Los mapas meteorológicos de superficie y altura no revelan una condición sinóptica que haya generado el aumento del día 12, pero sí revelan como se mencionó, el desarrollo y el paso de una vaguada sinóptica (VS4) que justifica la elevación de la inversión el día 15 de octubre. La altura de la inversión registrada por los perfiles de temperatura dados por los sondajes realizados a bordo del buque, sólo muestra la elevación de la inversión ocurrida el día 29 de septiembre y el 2 de octubre, e insinúa débilmente un aumento el día 9 de octubre, dando cuenta así del paso de las tres primeras vaguadas sinópticas (VS1, VS2 y VS3). Por otra parte, el descenso de la inversión de subsidencia registrada por los radiosondeos de las dos estaciones y a bordo del buque, coinciden con los episodios de vaguada costera (VC1, VC2 y VC3).

Como se indicó anteriormente, el mayor evento ocurrió entre el 3 y 8 de octubre VC2 tal como lo resalta el área sombreada de la figura 7. Durante estos días el buque navegaba hacia el norte desde los 33º a 30º S y a lo largo de la longitud 80º W, aproximadamente (Fig. 1). La imagen satelital del día 5 de octubre (Fig. 6b) y la observación de la cobertura nubosa (Fig. 5) indican que el buque se encontraba dentro del área influenciada por la vaguada costera. El reforzamiento de la subsidencia durante el desarrollo de la vaguada costera (VC2) hizo que la inversión de temperatura descendiera al nivel de la superficie en Santo Domingo, mientras que en Juan Fernández y a bordo del buque, ésta descendiera a una altura cercana a los 800 m y 700 m, respectivamente. El esquema sinóptico que prevaleció durante el episodio es el que se muestra en la Fig. 9 correspondiente al análisis de superficie a la 12 TUC del día 5 de octubre. Se observa la situación clásica asociada con el desarrollo de la vaguada costera descrita por Garreaud et al. (2002) y Garreaud & Rutllant (2003); es decir, la elongación del ASPS cruzando al sur de la zona central (~37º S) y luego penetrando al norte por el sector argentino dando cuenta del paso del anticiclón migratorio de origen frío que siguió al paso de una perturbación ciclónica (V S2). En altura (a 500 hPa) el análisis de la circulación en la troposfera media resuelve una dorsal de onda larga orientada casi meridionalmente (Fig. 10a). La configuración sinóptica de superficie favorece la circulación del este sobre la costa central de Chile y está en concordancia con el desarrollo del área despejada que tiene lugar entre el 3 y 5 de octubre (Fig. 6). Para el día 5, el patrón de circulación a 925 hPa (~800 m sobre el nivel del mar) resuelve una zona confluente en el sector suroriental del ASPS frente a la costa de Chile, al este del eje de la dorsal de latitudes medias de 500 hPa. La advección de vorticidad positiva a 500 hPa se asocia con la circulación anticiclónica, que refuerza la subsidencia en la troposfera baja del ASPS y el consiguiente descenso de la altura de la

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera

Fig. 9: Fig. 9:

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Carta sinóptica de la presión a nivel del mar correspondiente a las 00:00 TUC del día 5 de octubre de 2000. BC indica la vaguada costera. Synoptic chart of the sea-level pressure at 00:00 UTC 5 October 2000. BC indicates the coastal trough.

Fig. 10: Carta sinóptica de altura geopotencial a 500 hPa (a) y 925 hPa (b), para el día 5 de octubre de 2000. En a) la línea negra continua indica el eje de dorsal, y en b) las flechas al interior del rectángulo representan un área de confluencia de flujo. Fig. 10: Synoptic chart of the 500 hPa (a) and 825 (b) geopotential height for 5 October 2000. In a) the black line indicates the ridge axe and in b) arrows within the rectangle represent an area of confluence flow.

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capa de inversión térmica. El área de flujo confluente a 925 hPa, representado por las flechas en la figura 10b, incrementa la intensidad de los vientos de componente este por sobre la capa de inversión en las proximidades de los 80º W, tal como lo muestra el perfil de vientos del día 5 de octubre a bordo del buque (Fig. 11). Estudios recientes (Garreaud & Muñoz, 2005; Muñoz & Garreaud, 2005), demuestran que el flujo de componente este presente en la costa de la zona central de Chile (30-35º S)

contribuye significativamente a reforzar la estabilidad atmosférica por sobre la CLM y a reducir la altura de la base de inversión térmica, especialmente en el borde este del ASPS. Dicha condición, que tiende a disipar la cubierta de nubes Sc en la costa y en el océano abierto, se vincula con la existencia de un jet costero del sur ubicado a unos 150 km fuera de la costa entre los 26 y 36° S y que está presente a lo largo del año con su mayor recurrencia e intensidad durante la primavera y el verano.

Nota: Debido a que el radiosonda de las 12:00 TUC del día 5 de octubre de 2000 en el buque AGOR “Vidal Gormaz” no recibió datos de viento, se incluyó la información de viento zonal y meridional de las 00:00 TUC del mismo día. Note: Since the radiosonde launched at 12:00 UTC 5 October 2000 onboard the vessel AGOR “Vidal Gormaz” did not registered wind data, zonal and meridional wind components observed at 00:00 UTC of the same day were included.

Fig. 11: Perfil de vientos de componente zonal y meridional (m s–1) y humedad relativa (%), medidos los días 3 y 5 de octubre de 2000 a las 12:00 TUC en la estación de Santo Domingo, Juan Fernández y a bordo del buque AGOR “Vidal Gormaz”. Fig. 11: Wind profile of the zonal and meridional components (ms–1) and relative humidity (%) measured on October 3 and 5 of 2000, at 12:00 UTC at Santo Domingo, Juan Fernández and onboard the vessel AGOR “Vidal Gormaz”.

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera Fig. 11: Continuación. Fig. 11: To be continued.

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La figura 11 muestra los perfiles de las componentes zonal y meridional del viento y la humedad relativa del aire entre la superficie y los 3.000 m obtenidos por los radiosondeos realizados en Santo Domingo, Juan Fernández y en buque a las 00:00 TUC del día 3 de octubre (inicio del evento) y a las 00:00 TUC del día 5 de octubre (máximo desarrollo de la vaguada costera). En los tres sitios se observa claramente el descenso de la humedad relativa y el incremento de la componente este del viento hacia el día 5 que tiene lugar en la tropósfera baja. En Santo Domingo el día 2 de octubre la altura de la inversión de subsidencia se encontraba aproximadamente a 2.000 m y el día 5 de octubre cerca de la superficie. El marcado descenso de la humedad relativa concuerda con la caída de la inversión y por ende el reemplazo o entrada de aire más seco de la tropósfera media (por sobre la inversión) asociada con la zona de subsidencia. La componente este del viento que alcanza hasta los 1.600 m aproximadamente el día 5 de octubre, está por sobre el nivel de la inversión e indica que el flujo del este refuerza la subsidencia asociada al ASPS. Los perfiles de Juan Fernández y los del buque presentan el mismo comportamiento de descenso de la humedad relativa y el cambio al este de la componente zonal de viento, los cuales son concordante con la caída de la inversión ocurrida entre el 3 y 5 de octubre. El desacople entre la CPM con la atmósfera libre (la que se ubica por sobre la inversión) de bajo contenido de humedad y flujo del este, favoreció la disipación de la cubierta de nubes bajas de región del Pacífico Sur Oriental el día 5 de octubre como lo muestra la imagen de satélite (Fig. 6). El día 6 y 7 de octubre la vaguada costera mantuvo sus características aunque más debilitada. Las imágenes satelitales para esos días muestran un leve desplazamiento al sur (unos 3º de latitud) de la nubosidad baja costera ubicada a los 30º S. Sin embargo, la fase terminal del desarrollo de la vaguada costera es interrum-

pida debido a la aproximación de una vaguada en altura (V S3) a la zona central.

DISCUSIÓN Y RESULTADOS Se ha presentado una descripción de las condiciones meteorológicas que prevalecieron entre el 27 de septiembre y 13 de octubre de 2000, en el sector sureste del ASPS, frente a la costa de Chile central. Durante el período se efectúo un crucero de investigación a bordo del buque AGOR “Vidal Gormaz” que siguió la trayectoria que va desde Valparaíso-Isla Juan Fernández -Isla San Félix y Caldera (Fig. 1). Esta área está bajo la influencia del borde suroriental del ASPS la cual se ve ocasionalmente interrumpida por el paso de perturbaciones de escala sinóptica y por el desarrollo de las vaguadas costeras. Mientras que las vaguadas y dorsales de escala sinóptica se desplazan por la troposfera media de oeste a este cruzando el área de estudio, la vaguada costera se desarrolla en la costa norte-centro del país con un desplazamiento del norte a sur afectando la troposfera baja y capa límite planetaria. En efecto, el análisis de los datos recolectados in situ, isla Juan Fernández y en estaciones meteorológicas del continente, indica que el paso de perturbaciones ciclónicas de escala sinóptica afecta el comportamiento de la CLM. Dichas variaciones observadas en los cambios del espesor de la CLM producto del paso de perturbaciones extratropicales sobre el Pacífico subtropical fueron coincidentes con las observaciones realizadas durante el CIMAR 5 (Garreaud et al., 2001; Carrasco & Quintana, 2004) Durante el período del CIMAR 6 tuvo lugar el paso de 3 eventos de vaguadas troposféricas extratropicales sobre el área de estudio, las que provocaron un aumento de la profundidad de la CLM (Fig. 8). Esto se explica por el hecho que la advección de vorticidad ciclónica que suele acompañar la parte delantera de una vaguada en altura, induce a movimientos verticales de ascenso en superficie, los cuales pueden inestabilizar la CLM. Por el contrario,

Estudio del desarrollo y comportamiento de la vaguada costera

el flujo del este y descendente que acompaña el desarrollo de la vaguada costera disminuye el espesor de la CLM (Fig. 8) e incrementa la estabilidad atmosférica. Durante el período de estudio, la variabilidad en la profundidad de la CLM (aumento y disminución) revela los efectos alternados debido al paso de las vaguadas de escala sinóptica y el desarrollo de las vaguadas costeras de escala subsinóptica (Fig. 8). La descripción sinóptica y las características meteorológicas observadas durante el evento de vaguada costera analizado, están en concordancia con los resultados encontrados en los estudios realizados por Garreaud y otros (2002) y Garreaud & Rutllant (2003). Así, la configuración sinóptica de superficie que acompañó el desarrollo de la vaguada costera es la entrada de un área de alta presión al sur de la zona central (~38º S) y que se proyecta hacia el norte por el lado argentino (con un centro al este de la cordillera). Dicho forzamiento originado por la circulación de escala sinóptica favorece el flujo del este sureste que se observó durante la fase de desarrollo de la vaguada costera. Esta circulación también se observó a los 925 hPa (~800 m) el día 5 de octubre, que corresponde a la altura donde se encuentra la capa de inversión térmica indicando así el reforzamiento de la subsidencia que acompaña el desarrollo de la vaguada costera. En altura (a 500 hPa), el paso de una dorsal de onda larga de latitudes medias se registró durante la ocurrencia del evento. Los mínimos de la presión atmosférica registrados a bordo del buque concordaron con el paso de las perturbaciones ciclónicas de escala sinóptica no registrándose los descensos y/o mínimos asociados con la vaguada costera. Sin embargo, el comportamiento de la presión en las estaciones costeras ubicadas en La Serena y en Santo Domingo, sí revela mínimos coincidentes con los episodios de vaguada costera. Esto indica que el comportamiento de la presión en la costa central de Chile está influencia-

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do fuertemente por el efecto local asociado a los episodios de vaguadas costeras. Descensos en la humedad relativa, junto con la disipación de la nubosidad baja ocurridos durante la fase inicial del desarrollo de la vaguada costera, y registrados a bordo del buque, están en concordancia con la aparición de cielos sin nubosidad frente a la costa central del país y confirman que los efectos asociados a este fenómeno pueden alcanzar una extensión al oeste de alrededor de 1.000 km mar adentro. El episodio de vaguada costera analizado en este estudio para la región costera y de mar abierto, que se manifiestan a través de los cambios en la profundidad de la CLM, disipación de la cubierta de SC, descenso de la humedad del aire y aumento de la intensidad del flujo de viento zonal y meridional, parecen estar estrechamente relacionados con la existencia del jet de bajo nivel frente a la costa de Chile (Muñoz & Garreaud, 2005).

AGRADECIMIENTOS Este estudio fue financiado por el Comité Nacional Oceanográfico (CONA) a través del Programa CIMAR 6 Islas Oceánicas, a dos proyectos de investigación conjuntos de la Dirección Meteorológica de Chile y al Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile. Se agradecen la colaboración y facilidades prestadas por la tripulación del buque AGOR “Vidal Gormaz”. Los autores agradecen en forma especial al Sr. José Núñez de la DMC por la operación de lanzamiento de lanzamientos de los radiosondas y manejo del equipo receptor a bordo del buque. También se agradece al Observador Meteorológico Sr. Juan Vera de la DMC quien realizó igual actividad en la isla Juan Fernández. La DMC proporcionó los equipos receptores de radiosondas y facilitó los datos de los vuelos rutinarios efectuados en Santo Domingo, por lo cual los autores reconocen y agradecen a la DMC por el apoyo y facilidades dadas al desarrollo del proyecto y los estudios posteriores.

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