IDEAM–METEO/002-2010 NOTA TÉCNICA DEL IDEAM Original: Enero 2010 ESTUDIO SOBRE LA VARIABILIDAD DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL DEL MAR EN EL CARIBE COLOMBIANO

Gulf of Mexico

Yucatan basin Barlett basin (Caiman Trench)

Colombia basin

Román Kholostyakov (Oceanólogo)

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM SUBDIRECCIÓN DE METEOROLOGÍA Bogotá, D. C., Enero 2010

Grenada basin

Venezuela basin

CONTENIDO Resumen. 1. Introducción. 2. Fenómenos naturales – objeto del estudio. ENSO NAO 3. Generalidades sobre el Mar Caribe 4. Revisión de los datos disponibles. Datos de la TSM Datos del índice ENSO Datos del índice NAO 5. Selección de datos de la TSM. Representación grafica de los datos de TSM seleccionados 6. Cálculo de las anomalías de la TSM para la región Caribe colombiana. Anomalías de los valores mensuales multianuales de la TSM (TSM mensual multianual promedio del periodo de la región). Anomalías mensuales de valores mensuales multianuales de la TSM (TSM mensual multianual - promedio del mes del periodo 1971-2000 de la región). 7. Variabilidad estacional de la TSM en la región Caribe. 8. Variabilidad interanual de la TSM en la región Caribe. 9. Relación de la TSM en la región del Caribe con el Fenómeno El Niño-Oscilación Sur. 10. Relación de la TSM en la región del Caribe con la Oscilación del Atlántico Norte (NAO). 11. Relación de la TSM regional, TSM –Niño 3 y el índice NAO con la precipitación de algunas estaciones de la región Caribe. 12. Conclusiones. Bibliografía.

1. INTRODUCCIÖN En la presente Nota Técnica se dan a conocer los resultados del Contrato de Prestación de Servicios No. 091/2009, el cual tenía como objeto “El análisis de la variabilidad estacional e interanual de la temperatura superficial del mar (TSM) en diferentes puntos del Caribe colombiano y su relación con el fenómeno El Niño-Oscilación Sur (ENOS) y la Oscilación del Atlántico Norte (NAO). Para tal fin, se seleccionó como fuente de información de la variable TSM , la base de datos del centro NOAA (Physical Sciences Division, ESRL (NOAA) http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.coads.1deg.html), con un periodo de registro de 30 años, entre Enero de 1971 y Diciembre de 2000, para el área de estudio, localizada entre los 8 y 15° de latitud norte y longitudes entre 84 y 70° Oeste. Como índice del ENSO se optó por la serie de datos de las anomalías de la TSM en la región Niño 3 del centro NOAA (13) y para el índice NAO, se tomaron los datos del NCEP-NOAA (14). Se analizaron las series de la TSM seleccionadas, para establecer su variabilidad estacional; con base en estos resultados se definieron 4 regiones, en las cuales se calcularon los promedios espaciales de la variable. Se hizo el análisis de la variabilidad interanual de las series obtenidas, lo que mostró que todas ellas, registran una tendencia de incremento de la TSM para el periodo analizado, del orden de 0.02°C por año, lo que resulta en un incremento de 0.61°C a 0.64°C al final del periodo de 30 años. Para analizar la relación entre las anomalías de la TSM de las regiones seleccionadas en el Caribe colombiano y el índice Niño 3, se calculó el coeficiente de correlación, comparando la serie del índice Niño 3 con la serie original de las anomalías de cada región y con las series suavizadas con una media móvil de 3 y 5 meses. La máxima correlación para las series originales, con valores estadísticamente significativos de 95%, se encontró dentro del rango R = 0.4 - 0.5 correspondiente al rezago de 5-8 meses. Se hizo el cálculo del coeficiente de correlación espacial entre anomalías de TSM Niño-3 y anomalías de TSM de las regiones del Caribe colombiano; la mayor correlación corresponde al área comprendida entre 10°N – 12°N y 77°W – 79°W, con coeficientes R aproximadamente de 0.4 y rezago de 6 a 8 meses. En resumen, los coeficientes de correlación obtenidos con valores significativos muestran que existe buena correlación entre el fenómeno El Niño y el comportamiento de la TSM en la región del Caribe colombiano con un máximo rezago de 8 meses. De igual manera se buscó la correlación entre la TSM de la región Caribe colombiana y el índice NAO, lo que arrojo un máximo de R = 0.12 (estadísticamente significativo a 90%) para la Región I, con un rezago de 8-9 meses. Para las otras tres regiones el coeficiente de correlación oscila entre -0.1 y 0.05. Estos resultados no muestran una correlación contundente, ya que pueden atribuirse a coincidencias o efectos de muchas otras variables que enmascaran la relación entre el índice NAO y la TSM del Caribe colombiano. Además se analizó la posible correlación entre la TSM, TSM Niño-3, NAO y la precipitación de algunas estaciones del IDEAM ubicadas sobre la zona costera del país (Aeropuerto Almirante Padilla, Aeropuerto Rafael Núñez, Aeropuerto Simón Bolívar). Los resultados arrojaron coeficientes de correlación en un rango entre -0.13 y +0.2 que no resultan significativos, lo que no permite establecer una relación directa entre la precipitación en estas estaciones y los fenómenos estudiados.

2.

MARCO TEÓRICO

La temperatura superficial del mar es una de las características más utilizadas en los estudios de variabilidad climática, por ser un índice significativo de la interacción océano -atmosfera, ya que refleja los procesos de intercambio de calor y humedad. Bajo condiciones normales, entre más caliente es la superficie del mar – más calor y humedad se concentra en los niveles inferiores de la atmosfera, lo que crea condiciones inestables (aire frío y seco en niveles medios – aire caliente y húmedo en los niveles bajos) contribuyendo al desarrollo de tormentas tropicales. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, se ha hecho más fácil el registro de fenómenos oceánicos y atmosféricos; los datos que se manejan en la actualidad son más precisos, completos y se presentan a escala global, lo que facilita el análisis y permite corregir errores en corto tiempo. Para este estudio se escogieron dos fenómenos de escala planetaria: El ENOS-El Niño-Oscilación del Sur y la NAO-Oscilación del Atlántico Norte, que sin duda influyen sobre las condiciones climáticas e hidrológicas del país, aunque el efecto que puedan causar, requiere un análisis más detallado. 2.1

FENOMENOS NATURALES – OBJETO DE ESTUDIO ENOS/ ENSO (El Niño-Oscilación Sur)

El primer fenómeno es El Niño - Oscilación Sur (ENOS) que se define como un cambio anómalo en la temperatura superficial del mar (TSM) en la zona ecuatorial del Pacifico central y oriental (El Niño-La Niña), acompañado o precedido por cambios en los patrones de presión del aire sobre el Pacifico (Oscilación Sur) (2). El fenómeno ENOS tiene tres fases conocidas: • • •

Condiciones normales; El Nino – fase cálida; La Niña – fase fría. Condiciones normales: El centro de baja presión atmosférica se concentra sobre el Pacifico occidental y la zona de alta presión sobre el Pacifico este o central. La circulación atmosférica se refleja a través de la celda de Walker - con los Alisios orientales en los niveles inferiores y su contra flujo en los niveles superiores de la atmósfera.

NOAA / PMEL / TAO Project Office, Dr. Michael J. McPhaden, Director (3).

La zona de precipitaciones más fuertes (lluvias y tormentas tropicales) corresponde a Indonesia o el Pacifico occidental, las áreas relativamente secas se ubican sobre el Pacifico Oriental.

Las aguas con anomalías de la temperatura superficial del mar positivas se concentran en el Pacifico occidental; a lo largo de la costa occidental de América del sur, se registra surgencia de aguas frías (upwelling).

Condiciones El Niño: Las bajas presiones se registran sobre el pacifico central u oriental y las altas – sobre el Pacifico occidental. Los Alisios se debilitan o cesan por completo, lo que resulta en ausencia de surgencias de aguas frías en la costa occidental de América del Sur. Las aguas con anomalías de TSM positivas se desplazan hacia el Pacifico Central u oriental, trayendo NOAA / PMEL / TAO Project Office, Dr. Michael J. McPhaden, consigo fuertes lluvias a las zonas del Pacifico oriental, Director (3). clasificadas como secas. La circulación atmosférica ecuatorial de Walker se debilita o desaparece. Las temperaturas superficiales del mar durante este periodo están 2° a 3.5° C por encima del promedio. Condiciones La Niña: Son opuestas a las condiciones El Niño y por esa razón, en ocasiones se denomina el Anti-Niño; Se caracteriza por presentar condiciones semejantes a las normales, pero con mayor velocidad de los vientos Alisios orientales y como resultado – mayor surgencia de aguas frías; Las aguas superficiales cálidas se acumulan con mayor intensidad al oeste, en el Pacifico occidental;

NOAA / PMEL / TAO Project Office, Dr. Michael J. McPhaden, Director (3). Las temperaturas superficiales del mar durante ese periodo se presentan entre 1° y 3° C por debajo del promedio. Cuantitativamente este fenómeno se traduce en un índice de las anomalías de la temperatura superficial del mar con una magnitud mayor a 0.5° C, sostenible por un periodo igual o superior a 5 meses

consecutivos. En este caso los eventos deben ser clasificados como El Niño - si la anomalía es positiva, o La Niña - si la anomalía es negativa (Fig. 1).

Fig 1. Definición grafica del ENSO. (Fuente NOAA (4)). La ocurrencia de este fenómeno es cíclica, con periodos irregulares en un intervalo de 2 a 7 años y con una duración de 5 meses a 2 años. La Oscilación del Atlántico Norte (NAO) La Oscilación del Atlántico Norte se define como el más prominente y recurrente patrón de variabilidad en la circulación atmosférica global. Este fenómeno se encarga de la redistribución de las masas atmosféricas entre el Ártico y el Atlántico subtropical y pasa de una fase a otra, produciendo grandes cambios en la dirección y velocidad media de los vientos, y en el transporte de calor y humedad entre el Atlántico y los continentes cercanos (5). Su existencia se debe a la presencia de dos centros con diferente presión atmosférica: uno – el centro de baja presión, que se ubica sobre Islandia, espacialmente estable; otro – el de alta presión, localizado sobre las islas Azores, que tiene mayor variación espacial y se desplaza a veces hacia las Islas Bermudas, llamado también el Anticiclón de las Azores o Bermudas (Azores High / Bermuda High). La diferencia de presión entre los dos centros, genera un canal de vientos del occidente que soplan a través del Atlántico hacia Europa y dependiendo de su fuerza, producen ciertas condiciones climáticas tanto en Europa, como en la parte oriental de América del Norte. Existen dos fases bien definidas del fenómeno NAO, una positiva y otra negativa, que se clasifican por su influencia sobre el clima del Norte de África, Europa, El Mediterráneo, y América del Norte. La fase se define con base en el “Indice NAO”, que se calcula como la diferencia de presión atmosférica sobre el nivel del mar en dos estaciones representativas, donde se reflejan los cambios de las presiones de ambos centros. El punto representativo para el centro de baja presión de Islandia es Stykkisholmur/Reykjavik, y el de la alta presión es Ponta Delgada, Azores, Lisboa o Gibraltar. La diferencia de presiones entre estos dos centros en el subtrópico y la región polar, da como resultado la anomalía positiva o negativa del índice NAO (Fig. 2). La mayoría de los estudios de la NAO se concentran en el desarrollo de ese fenómeno durante los meses más fríos del año: noviembre – abril, cuando la atmosfera es más activa y las amplitudes de los cambios

son mayores, lo que se ve reflejado en las variaciones de temperatura y precipitación, pero no hay que olvidar que esas fluctuaciones ocurren durante todo el año. Descripción de la fase positiva de NAO+: • Se desarrolla cuando las presiones de los centros son más pronunciadas: presión alta más fuerte de lo usual del centro de alta presión en el subtrópico y la baja más profunda de lo usual en el centro bajo de Islandia. • Se crea un gradiente más alto de presiones, lo que resulta en vientos más fuertes que cruzan el Atlántico durante el invierno boreal y sus tramos se corren más hacia el norte.

Fig 2. Índice histórico de la NAO. (Fuente: NOAA (6)). • Lo anterior resulta en inviernos más calidos y húmedos de lo acostumbrado para Europa el norte y centro de Europa e inviernos más fríos y secos en el Norte de Canadá y Groenlandia. •

En el este de EE.UU. se registran inviernos más cálidos y húmedos.

Descripción de la fase negativa de NAO-: • Los índices negativos de la NAO resultan cuando se presentan presiones altas débiles en la zona subtropical de altas presiones y al mismo tiempo ocurren menos pronunciadas bajas presiones de Islandia.

• El gradiente de presiones más bajo resulta en tormentas más débiles y en menor número, que cruzan el Atlántico en un tramo más meridional.

• La ocurrencia de tormentas llevan el aire húmedo hacia el Mediterráneo y el aire frío – hacia el norte de Europa. •

La costa oriental de EE.UU. en esa fase se caracteriza por inviernos más fríos y nevadas más

fuertes. •

Groenlandia, goza de unas temperaturas menos frías durante la época de invierno.

Así como las variaciones estacionales, la NAO presenta cambios interanuales y por décadas. Como se puede observar en la fig. 2, la década de los 50 se caracterizó por índices predominantemente negativos. La década de los 60 mostró más variación de fases, pero también se registró la fase negativa más larga del periodo de observaciones. Durante las décadas de los 70 y 80 por el contrario, se registraron en su mayoría fases positivas y en los 90 ocurrió algo similar, con el predominio de anomalías positivas en los primeros cinco años, siendo las más altas de todo el periodo. La segunda mitad de la década de los 90 y los primeros años del nuevo siglo mostraron la tendencia de aumento en las fases negativas de NAO. Hasta el momento no se ha logrado establecer cuáles son los criterios de variabilidad de la NAO y sus cambios tanto estacionales como interanuales se consideran gobernados por procesos estocásticos, lo que hace muy difícil el pronóstico de sus fases y amplitudes. Pero no cabe duda de la influencia de ese fenómeno en el clima de la región del Atlántico norte y en este estudio se analizará la relación de dicho fenómeno con los cambios de la TSM en la región del Caribe colombiano. 2.2

MAR CARIBE

El Mar Caribe es un mar encerrado al interior del Océano Atlántico, está ubicado entre América Central y América del Sur y entre las Antillas Mayores y Menores. Por el nor-occidente se comunica con el Golfo de México a través del estrecho de Yucatán y por el nor-oriente y oriente con el océano Atlántico a través de los canales de algunas islas de las Antillas. Por el sur-occidente se comunica con el Océano Pacifico por el canal artificial de Panamá. El área del Mar se estima en 2754 mil km2. La profundidad promedio es de 2491 m. La línea costera del Caribe tiene muchos golfos y bahías, entre ellos, Los golfos de Venezuela, el de Morrosquillo, el del Darién, el de Mosquitos y el Golfo de Honduras. Morfológicamente el fondo del Mar Caribe esta dividido en 5 depresiones o cuencas con diferentes profundidades (Fig. 3): La de Granada (4120 m), la de Venezuela (5420 m), la de Colombia (4532 m), cuenca de Barlett con la fosa abisal – Caimán (7680 m) y la cuenca de Yucatán (5055 m) (7). El clima del mar Caribe se clasifica como tropical, se encuentra bajo la influencia de la circulación de los Alisios y es bastante homogéneo. La Temperatura promedio mensual del aire oscila en el rango de 23 a 27 °С; la Nubosidad está entre 4 y 5 octas. La precipitación varía de 500 mm en el este hasta 2000 mm en el oeste. En la época junio-octubre en el norte se registran tormentas tropicales. El régimen hidrológico es bastante homogéneo. Existen corrientes superficiales bajo la influencia de los vientos alisios que se dirigen de oriente a occidente y cerca de la costa de America Central, giran hacia el nor-occidente, dirigiéndose a través del canal de Yucatán al Golfo de México. La velocidad de las corrientes superficiales es de 1 a 3 km/h, aumentando cerca del canal de Yucatán, hasta alcanzar incluso los 6 km/h.

El Mar Caribe es considerado como la zona transitoria para las aguas que entran del Océano Atlántico y en su salida del Golfo de México dan origen a la corriente oceánica Gulfstream.

Gulf of Mexico

Yucatan basin Barlett basin (Caiman Trench)

Colombia basin

Fig 3. Mar Caribe y su topografía (Satellite pictures, from NASA World Wind Globe, Wikipedia) (8). La temperatura promedio de la superficie del mar es de 25 - 28 °С, con fluctuaciones menores de 3 °С. La salinidad es de 36,0 % aproximadamente. La densidad del agua está dentro del rango 1,0235—1,0240 kg/m3. Los cambios en las características hidrológicas se registran hasta una profundidad de 1500 m, por debajo de la cual las aguas del mar son homogéneas, representadas por aguas del Atlántico con temperaturas entre 4,2 y 4,3 °С y salinidades entre 34,95 y 34,97% (7). La ubicación y las características del mar Caribe lo convierten en una región muy importante tanto económica como estratégicamente por ser la ruta más corta, que comunica por medio del canal de Panamá los puertos del Atlántico con los del Pacifico. 3

METODOLOGÍA

3.1

Revisión de las fuentes de información disponibles. 3.1.1

Datos de la Temperatura Superficial del Mar

ICOADS http://icoads.noaa.gov/data.icoads.html Datos globales de las características marinas desde el año 1800 hasta hoy, conformados en formato de grilla (celdas 2°x2° o 1°x1° desde 1960 en adelante), acompañados por diferentes valores estadísticos. NOAA Extended Reconstructed SST http://www.cdc.noaa.gov/data/gridded/data.noaa.ersst.html

Grenada basin

Venezuela basin

Datos globales mensuales de TSM (SST) analizados desde 1854 hasta el presente, derivados de las series de datos ICOADS con valores faltantes completados por métodos estadísticos. NOAA Optimum Interpolation (OI) SST V2 http://www.cdc.noaa.gov/data/gridded/data.noaa.oisst.v2.html Producidos semanalmente en una grilla de 1°x1°. El análisis incluye datos in situ y registros satelitales de SST's además de SST's, simulados por cobertura “sea-ice”. Antes de efectuar el análisis, los datos de satélite son sometidos a algunos ajustes. Los datos mensuales y promedios mensuales multianuales, están disponibles en internet. Reynolds 1°X1° ftp://podaac.jpl.nasa.gov/pub/sea_surface_temperature/reynolds/oisst/data/oimonth_v2/ Disponibilidad: 1981 – hasta la actualidad. “The NCEP Reynolds Optimally Interpolated (OI) Sea Surface Temperature”, es un producto compuesto por campos semanales y mensuales globales de TSM en una grilla de 1°x1°. La base de datos incluye registros in-situ SSTs y satelitales de la NOAA “Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)”. Los registros de SSTs para conjunto “Multichannel Sea Surface Temperature products” han sido construidos operacionalmente de los datos del sensor de cinco canales AVHRR por “NOAA's Environmental Satellite Data, and Information Service (NESDIS)” desde 1981. Reynolds 2X2 Disponibilidad: 1950 - 1998, globales La base de datos “NCEP Reynolds Historical Reconstructed Sea Surface Temperature product”, consta de campos de TSM globales en una grilla de 2X2° para el periodo de 1950 a 1998. El procesamiento incluye datos in-situ SSTs y satelitales de NOAA “Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)”. Los datos utilizados In-situ cubren el periodo1950-1981 y los datos mezclados del sensor AVHRR satelital y datos in-situ cubren el periodo1981 hasta el final de 1998. WORLD OCEAN ATLAS 2005 http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOA05/pr_woa05.html Atlas del océano Mundial (World Ocean Atlas 2005 (WOA05) consiste en una serie de campos de características mensuales multianuales, analizados sobre datos in situ, distribuidos en una grilla de 1°x1°, algunos de ellos son: temperatura, salinidad, oxigeno disuelto, utilización aparente de oxigeno (AOU), porcentaje de saturación de oxigeno, fosfatos, silicatos y nitratos en las profundidades estándares en la escala anual, estacional y mensual. Los datos también incluyen campos de estadísticos asociados a las características oceanográficas observadas, interpoladas para las profundidades estándares en grillas de 1°x1°. y 5°x5°. AVHRR Pathfinder Version 5 SST Project ftp://podaac.jpl.nasa.gov/pub/sea_surface_temperature/avhrr/pathfinder/data_v5/monthly/day/04km/ Estos datos corresponden al “AVHRR Pathfinder Versión 5 SST Project (Pathfinder V5)” y consiste en un nuevo reanálisis de los datos crudos de “AVHRR data stream”, desarrollado por la Universidad “Miami's Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science (RSMAS) y NOAA National Oceanographic Data

Center (NODC)”. El reprocesamiento de los datos utiliza la versión mejorada del algoritmo de Pathfinder y otros procesos para producir dos veces al día campos globales de SST y otros parámetros relacionados a partir del año 1981, con resolución de 4 km aproximadamente, la más alta posible para campos globales de AVHRR. Existen los campos promedios por periodos de 5, 7 y 8 días, mensuales y anuales. El mayor beneficio de ese procesamiento es que comparado con la versión anterior con resolución original de 9 km Pathfinder SST, propone más exactitud y consistencia, resolución espacial más alta e inclusión de la información seaice (margen entre el hielo y el Océano). http://www.nodc.noaa.gov/SatelliteData/pathfinder4km. 3.1.2

Datos del índice ENSO (El Niño-Oscilación del Sur) .

http://www.cdc.noaa.gov/gcos_wgsp/Timeseries Los índices El Niño/La Niña son calculados con base en las anomalías de la temperatura superficial del mar. En las últimas dos décadas del siglo pasado fueron definidas 5 regiones (Fig.4) en el Pacifico tropical central escogidas para reflejar ciertos tipos, aspectos o estado de evolución del fenómeno ENSO. Por ejemplo la región denominada El Niño 1-2 refleja mejor las anomalías del ENSO cerca de la costa occidental de America del Sur donde este fenómeno tiene mayor impacto. Desde el principio esas regiones fueron seleccionadas también por la conveniencia en la adquisición de los datos, dependiendo de rutas de barcos que registraban la TSM (9).

Fig.4 Regiones El Niño. (Fuente: NOAA/NCEP) En su trabajo A. Barnstonem y S. Goldenberg (9) promueven la utilización del índice ENSO de la región 3.4 para los estudios del Niño, sustentando su punto de vista en la mayor correlación entre el índice Niño 3.4 y el Índice de Oscilación del Sur, comparado con los índices de la zona Niño 3. Aunque los mismos autores reiteran que la diferencia no es significativa y en la mayoría de los casos la correlación entre Niño 3 y 3.4 es muy alta. Niño 3.4 SST Index http://www.cdc.noaa.gov/gcos_wgsp/Timeseries/Data/nino34.long.data Calculado a partir de las series HadISST1. Comprende la SST promediada para el área 5S-5N y 170120W.

Periodicidad: mensual Periodo de Registro: 1871 - 2009 Fuente: Datos de ESRL Physical Sciences Division (PSD) utilizando HadISST1 (11). El IDEAM (12) recomienda utilizar el índice ENSO – a partir de las anomalías de la TSM de la región Niño 3, por el mayor rango de variabilidad de la TSM en la región 3 y en consecuencia una mejor posibilidad de establecer los rangos extremos de esa variable en el ciclo del fenómeno. Niño 3 SST Index Calculado a partir de las series HadISST1. Comprende la SST promediada para el área 5S-5N y 150-90W. Periodicidad: mensual Disponibilidad: 1871 - 2009 Fuente: Datos de ESRL Physical Sciences Division (PSD) utilizando HadISST1 (11). 3.1.3

Datos del índice NAO

Monthly Station Based NAO Index 1865 – marzo 2003 http://www.cgd.ucar.edu/cas/jhurrell/indices.html índice NAO suministrado por Climate Analysis Section, NCAR, Boulder, USA, Hurrell (1995). Índice mensual de NAO, calculado como la diferencia de presiones normalizadas en el nivel del mar (SLP) entre Ponta Delgada, Azores y Stykkisholmur/Reykjavik, Islandia desde 1865. Referencia: NAO Index Data provided by the Climate Analysis Section, NCAR, Boulder, USA, Hurrell (1995). Monthly Station Based NAO Index 1865 – marzo 2009 http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/nao.htm 1865http://www.cru.uea.ac.uk/~timo/projpages/nao_update.htm 1999 - marzo 2009

septiembre

2000

El índice NAO tradicionalmente se define como la diferencia de presiones normalizadas entre las estaciones de las Azores e Islandia. La serie del índice puede ser extendida utilizando la estación ubicada en la parte suroeste de la península Ibérica (Hurrell, 1995). Los datos presentados en este trabajo corresponden a los cálculos de las estaciones Gibraltar y SW Islandia (Jones et al., 1997). 3.2

Selección de datos de TSM.

Los criterios para seleccionar las fuentes de datos de la TSM para los análisis fueron los siguientes: -

La densidad espacial (preferiblemente 1°x1°); La cobertura temporal (datos mensuales, periodo no menor a 30 años)

Después de analizar las fuentes mencionadas, se seleccionaron las siguientes: ICOADS http://icoads.noaa.gov/data.icoads.html

Datos globales de las principales características marinas desde 1800 hasta la actualidad, conformados en formato de grilla (celdas 2°x2° o 1°x1° entre 1960 y diciembre de 2007), con diferentes estadísticos calculados.

Fig 5. Promedio de la TSM Periodo Ene 1971- Dic 2000. La página de los datos de ICOADS es mantenida por “The Physical Science Division (PSD) of NOAA's Earth System Research Laboratory (ESRL)” y cuenta con una herramienta de visualización de los datos. Los datos se representan en formato netCDF y son divididos en categorías "estándar" y "extendidos", que reflejan el “corte” de datos o en otras palabras la filtración de valores (para el control de calidad). Los datos bajo la categoría estándar son editados utilizando el criterio de límite de 3.5 desviaciones estándar mensuales multianuales, con las observaciones ajustadas a datos recogidos por los barcos. En la categoría "extendidos" se encuentran los datos editados, usando limites mas amplios de 4.5 desviaciones estándar, que representan mejor los eventos extremos, además estos datos han sido ajustados no solo con los datos de barcos sino también con otras fuentes de mediciones in situ (como por ejemplo, boyas fijas y flotantes). NOAA Extended Reconstructed SST V3 http://www.cdc.noaa.gov/data/gridded/data.noaa.ersst.html

Fig 6. Promedio de la TSM Periodo Ene 1971- Dic 2000 / Grilla de 2°X2°. Datos globales mensuales de TSM (SST) desde 1854 hasta hoy, derivados de las series de datos ICOADS, pero con los valores faltantes complementados por métodos estadísticos. Resolución espacial 2°X2° (Fig 6). Estos datos por tener una grilla menos densa no representan bien las áreas aledañas a las costas colombianas y por lo tanto no fueron tenidos en cuenta. NOAA Optimum Interpolation (OI) SST V2 http://www.cdc.noaa.gov/data/gridded/data.noaa.oisst.v2.html Producidos semanalmente en una grilla de 1°x1°. El análisis incluye datos in situ y registros satelitales de SST's además de SST's, simulados por cobertura “sea-ice”. Antes de efectuar el análisis los datos de satélites fueron sometidos a los ajustes por puntos de referencia. Se encuentran disponibles los datos mensuales y promedios mensuales multianuales, desde 1981 hasta hoy.

Fig 7. Promedio de la TSM Periodo Ene 1981- Dic 2000 LTM / Grilla de 1°X1°. Estos datos por estar distribuidos espacialmente en una grilla 1°x1° cubren mejor las áreas cercanas a las costas colombianas (Fig.7), pero la distribución temporal cubre tan solo el periodo 1981-2009 y por lo tanto no fueron tenidos en cuenta. Reynolds 1°X1° ftp://podaac.jpl.nasa.gov/pub/sea_surface_temperature/reynolds/oisst/data/oimonth_v2/ Disponibilidad: Periodo entre 1981 – hasta hoy, globales. “The NCEP Reynolds Optimally Interpolated (OI) Sea Surface Temperature product” consta de campos semanales y mensuales globales de la TSM en una grilla de 1x1°. El procesamiento incluye datos in-situ SSTs y satelitales de NOAA Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR). Registros de SSTs para conjunto Multichannel Sea Surface Temperature products. Las series han sido construidas operacionalmente a partir de los datos del sensor de cinco canales AVHRR por NOAA's Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS) desde el año 1981. Aunque estos datos tienen una grilla bastante densa lo que ofrece un mayor número de puntos para el estudio de las áreas marítimas colombianas, no cumple con el mínimo periodo establecido de 30 años (la serie tiene extensión temporal de solo 27 años completos), por lo tanto fueron tenidos en cuenta como datos complementarios.

Reynolds 2X2 Disponibilidad: 1950 - 1998, globales La base de datos NCEP Reynolds Historical Reconstructed Sea Surface Temperature product consta de los campos de TSM globales en una grilla de 2X2° para el periodo 1950 - 1998. El procesamiento incluye datos in-situ SSTs y satelitales de NOAA Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR). Los datos utilizados In-situ cubren el periodo1950 - 1981, mientras los datos mezclados del sensor AVHRR satelital para SSTs y datos in-situ cubren el periodo 1981 hasta finales de 1998. Estos datos no cumplen con ninguno de los criterios establecidos (tienen grilla espacial de 2°x2° y la resolución temporal no cubre completamente el periodo seleccionado 1971-2000) por lo tanto no fueron tenidos en cuenta. WORLD OCEAN ATLAS 2005 http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOA05/pr_woa05.html Atlas del océano Mundial (World Ocean Atlas 2005 (WOA05)) consta de una serie de campos de características climatológicas analizadas sobre los datos in situ, distribuidas en una grilla de 1°x1°, entre ellos: temperatura, salinidad, oxigeno disuelto, utilización aparente de oxigeno (AOU), porcentaje de saturación de oxigeno, fosfatos, silicatos y nitratos en las profundidades estándares en la escala anual, estacional y mensual. Los datos también incluyen campos estadísticos de las características oceanográficas observadas, interpoladas para las profundidades estándares en grillas de 1°x1° y 5°x5°. Los datos corresponden solo al periodo anual del 2005, por lo tanto no fueron tenidos en cuenta. AVHRR Pathfinder Version 5 SST Project ftp://podaac.jpl.nasa.gov/pub/sea_surface_temperature/avhrr/pathfinder/data_v5/monthly/day/04km/ Estos datos corresponden al proyecto de 4 km AVHRR Pathfinder Versión 5 SST Project (Pathfinder V5) y consisten en un nuevo reanálisis de los datos crudos de AVHRR data stream desarrollado por la Universidad Miami's Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science (RSMAS) y NOAA National Oceanographic Data Center (NODC). El reprocesamiento actual de los datos utiliza la versión mejorada del algoritmo de Pathfinder y otros procesamientos complementarios para producir dos veces al día campos globales de SST y otros parámetros relacionados a partir del año 1981, con resolución espacial de 4 km aproximadamente, la más alta posible para los campos globales de AVHRR. Existen los campos promedios para periodos de 5, 7 y 8 días mensuales y anuales. El mayor beneficio de este procesamiento es que, comparando con la versión anterior con resolución original de 9 km, Pathfinder SST proporciona mayor exactitud y consistencia, con mayor resolución espacial e inclusión de la información sea-ice. http://www.nodc.noaa.gov/SatelliteData/pathfinder4km. Estos datos son de muy buena calidad y están distribuidos en una grilla muy densa, pero la resolución temporal se limita al periodo 1981-2009 por lo tanto no fueron tenidos en cuenta. 3.3

Representación grafica de los datos de TSM seleccionados.

Para la realización del estudio, se seleccionó la región comprendida entre los 8 y 15° de latitud norte y longitudes entre 84 y 70 Oeste.

Se hizo el cálculo de los promedios mensuales multianuales de TSM de la región para el periodo (Enero 1971-Diciembre 2000) y se construyeron los mapas del área escogida (Fig. 8), incluyendo una parte de la región del Pacifico colombiano, lo que da una visión mas clara de los procesos que ocurren cerca de las costas colombianas. Los mapas de la TSM se han construido utilizando la escala uniforme de 25.2 hasta 29°C, lo que facilita la comparación de los valores de diferentes meses. En estos mapas se puede ver claramente que febrero (Fig. 2) es el mes mas frío del periodo 1971-2000, con un mínimo de 25.5°C y una TSM promedio en la región de 26.6°C. Aunque el valor mas bajo local observado durante este periodo es de 24.6°C en marzo (Fig. 3) en la parte oriental de la zona de estudio, la TSM promedio para el mes de marzo para toda la región del estudio es de 26.7°C. En general la parte oriental de la región se caracteriza por las temperaturas más bajas y durante el transcurso del año se observa un crecimiento de la TSM entre los meses de febrero -con un promedio de 26.6°C-, hasta octubre con un promedio de 28.6°C (Fig. 8), con un leve enfriamiento en el mes de Julio que muestra un promedio de 27.9°C. De octubre a febrero se observa disminución de la TSM.

Fig. 8. Promedios de TSM mensuales multianuales del periodo 1971-2000 El promedio de la TSM en el periodo 1971-2000 es de 27.7°C (Fig. 9). Se observan dos máximos en la escala estacional, el primer máximo ocurre en junio y el segundo en octubre, con una leve caída en julio. El segundo máximo es aún mayor superando el primero en 0.5°C, alcanzando los 28.6°C. La temperatura minima durante este periodo en la región se registró en febrero con un valor de 26.6°C. Comportamiento estacional de la TSM en la region Caribe periodo 1971-2000 29 28,5 28

Mean SST 27.69 °C

27,5 °C

TSM 27

Mean

26,5 26 25,5 Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Month

Fig. 9. Promedio mensual multianual 1971-2000 de la región Caribe.

Oct

Nov

Dec

3.4

Cálculo de las anomalías de la TSM para la región del Caribe colombiana.

Los mapas de anomalías para la región 8N-15N y 84W-70W se construyeron en dos presentaciones. La primera, es el resultado de restar de los valores mensuales multianuales para cada punto de grilla de la región, el promedio de la TSM de todo el periodo, es decir 27.7°C. En la segunda, a cada valor de la TSM mensual multianual para cada punto de grilla, se resta el promedio de la región para el mes correspondiente. 3.4.1

Anomalías de los valores mensuales multianuales de la TSM (TSM mensual multianual - promedio del periodo de la región).

Los mapas de anomalías de la TSM se han construido utilizando una escala uniforme de -1.3 a +1.3°C con isotermas cada 0.1°C, lo que facilita la comparación de los valores de diferentes meses. Los mapas muestran que los meses con las anomalías de TSM más bajas (meses más fríos) de todo el año son diciembre y abril (Fig.10) y los meses con las más altas (meses más cálidos) son agosto y noviembre (Fig.10).

Fig. 10. Anomalías de los valores mensuales multianuales de la TSM (promedio regional). 3.4.2

Anomalías mensuales de valores de la TSM mensual multianual (TSM mensual multianual promedios mensuales periodo 1971-2000)

Los mapas de anomalías de la TSM se han construido utilizando la escala uniforme de -1.3 a +1.3°C con isotermas cada 0.1°C, lo que facilita la comparación de los valores de diferentes meses. En esta presentación las anomalías se calcularon restando del valor de la TSM en cada punto de grilla, el promedio del mes correspondiente de toda la región. Estos mapas permiten diferenciar espacialmente zonas frías y cálidas a nivel mensual para el periodo 1971-2000. Se detecta la presencia de dos áreas bien definidas, frías y cálidas a lo largo del año. Ambos centros (calido y frío) son más acentuados durante el primer semestre del año, incluyendo julio (anomalías entre -1 y +0.8°C) (Fig.11 – Numeral 1-7), disminuyendo su intensidad durante la segunda parte del año, anomalías entre -0.4 y +0.4°C (Fig.11 - Numreral 8-12).

Fig. 11. Anomalías de los valores mensuales multianuales de la TSM (promedio puntual).

4. ANÁLISIS DE LA VARIABILIDAD DE LA TSM EN LA REGIÓN CARIBE 4.1 Análisis de la variabilidad estacional de la TSM en la región Caribe. Para efectos de establecer el comportamiento estacional de la TSM para la región del mar Caribe colombiano, comprendida entre las longitudes 84W-70W y latitudes 9N-15N, se calcularon los promedios mensuales multianuales (1971-2000) para cada punto de grilla. Con base en esta información se obtuvo un mapa regional (Fig. 12), donde aparecen los gráficos del comportamiento estacional de la TSM en cada punto de grilla (1°x1°). Con el fin de comparar los resultados, se unificó la escala para toda la región, con rangos entre 25.5 y 29.5 °C. En este mapa se detecta de forma preliminar, la variabilidad espacial de la TSM. En la Figura 12 se observa que el comportamiento estacional de la TSM en la región es predominantemente bimodal - con dos máximos durante el año. El máximo del primer semestre ocurre en junio, seguido por una leve baja de la temperatura en julio y un consecutivo aumento durante el segundo semestre, alcanzando un máximo en el mes de octubre. La variación de este comportamiento general de TSM estacional se refleja en la diferencia entre esos dos máximos anuales, que tiende a ser mayor en la parte oriental de la región y menor en la parte occidental. Cerca de la costa de Colombia, Panamá y Costa Rica entre las latitudes 9N y 11N los dos máximos anuales casi llegan a ser iguales.

Fig. 12. Distribución espacial de la TSM estacional.

En la parte norte de la región (entre las latitudes 14N y 15N), el primer máximo del año es suavizado hasta casi desaparecer y el comportamiento bimodal predominante en toda la región pasa a un régimen unimodal, con un solo máximo anual en el segundo semestre del año. La mayor variabilidad se presenta en la parte oriental de la región, frente a las costas de la Guajira con casi 3°C de diferencia entre la TSM máxima (28.5°C) y la mínima (25.6°C). Finalmente, de acuerdo con las características estacionales de la TSM, se hizo una regionalización (Fig. 13). Las áreas seleccionadas como “Área I a IV” se definieron por tener características análogas en el comportamiento de la TSM mensual multianual, tales como: comportamiento bimodal o unimodal y la magnitud de los valores máximos.

Fig. 13. Regionalización simple del área de estudio. De tal forma que el “Área I” se diferenció por tener un comportamiento bimodal de la TSM mensual multianual, con dos máximos de magnitudes similares. Las áreas definidas como “Área II” y “Área III” presentaron un régimen bimodal con un máximo en cada semestre; pero en el Área II hay menor variabilidad durante el año. El área de la región definida como “Área IV” se escogió por tener un comportamiento unimodal diferente a todas las demás zonas de la región. Teniendo en cuenta esta regionalización, se procedió a calcular los promedios mensuales multianuales para cada una de las áreas seleccionadas. Para eso se realizó la conversión de los datos de la TSM que estaban en el formato binario del programa GrADS (http://www.iges.org/grads/) al formato de texto ASCII

por medio de un programa en C++. Posteriormente esos datos se subieron al EXCEL para facilitar su visualización. Como resultado se obtuvieron cuatro gráficas de la variabilidad estacional de la TSM correspondientes a la regionalización, mas una gráfica resumen con estas cuatro curvas. En la figura 14 numeral 1, se observa la región I con dos máximos anuales: uno en junio de 28.5°C y otro en octubre de 28.6°C. Según esta gráfica el mínimo del año ocurre en febrero con una TSM de 26.9°C, lo que da una variabilidad anual de 1.7°C. AVERAGE clim. REG I

AVERAGE clim. REG II

29,00

29,00

28,50

28,50

28,00

28,00

27,50

27,50

27,00

27,00

26,50

26,50

26,00 Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

26,00

Sep Oct Nov Dec AVERAGEclim. REG I

Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep Oct Nov Dec AVERAGEclim. REG II

AVERAGE clim. REG IV

AVERAGE clim. REG III 29,00

29,00

28,50

28,50

28,00

28,00

27,50

27,50

27,00

27,00

26,50

26,50 26,00

26,00 Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Jan

Dec

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

AVERAGEclim. REG III

Average climatological SST 4 regions

AVERAGEclim. REG IV AVERAGEclim. REG I AVERAGEclim. REG II AVERAGEclim. REG III

29,00 28,50 28,00 27,50 27,00 26,50 26,00 Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Dec

Fig. 14. Promedios mensuales multianuales de las cuatro áreas definidas.

Aug

Sep Oct Nov Dec AVERAGEclim. REG IV

La figura de la región II (Fig. 14-numeral 2), se caracteriza también por tener 2 máximos anuales, pero con mayor diferencia entre ellos: uno en junio con la TSM igual a 28.2°C y otro en octubre con TSM de 28.7°C. El mínimo del año ocurre en febrero con TSM de 26.7°C, lo que da una variabilidad anual de 2.0°C. La gráfica de la región III (Fig. 14-numeral 3) presenta un régimen idéntico a la región II, pero muestra mayor variabilidad estacional durante el año, con un mínimo en febrero de 26.1°C y un máximo muy pronunciado en octubre de 28.6°C, lo que resulta en una variabilidad de 2.5°C. La gráfica de la región IV (Fig. 14.4) es totalmente diferente de las graficas de otras regiones, por lo que se caracteriza por tener solo un máximo y un mínimo en el año. La TSM máxima es de 28.7°C y la minima 26.5°C, lo que nos da la variación de 2.2°C durante el año. A manera de resumen en la Figura 14-numeral 5, se presenta la variabilidad estacional de las cuatro regiones. De allí se puede concluir que la mayor variabilidad espacial de la TSM se registra durante los primeros siete meses del año. La región I tiene las aguas más cálidas de la zona. Las temperaturas más bajas se encuentran en la región III debido probablemente a las surgencias de aguas profundas en la zona costera de la Guajira. 4.2 Variabilidad interanual de la TSM en la región Caribe. Para las series de datos mensuales de TSM del periodo 1971-2000 se calcularon los promedios espaciales para cada una de las áreas obtenidas con la regionalización (Fig. 15) y su respectiva tendencia. Todas las series registran una tendencia de incremento de la TSM dentro del periodo de estudio, con una magnitud aproximada de 0.02°C por año, lo que resulta en un incremento de 0.61°C a 0.64°C al final del periodo de 30 años. Monthly SST °C - 1971-2000 - Region I

Average mon. Reg I Linear (Average mon. Reg I)

Monthly SST °C- 1971-2000 - Region II 30,00

29,50

29,50

29,00

29,00

28,50

28,50

28,00

28,00

27,50

27,50

27,00

27,00 26,50

26,50 26,00

Average mon. Reg II Linear (Average mon. Reg II)

y = 0,0017x + 26,257 SST °C/ year= 0,0204

26,00 25,50

25,00

25,00 янв.71 янв.72 янв.73 янв.74 янв.75 янв.76 янв.77 янв.78 янв.79 янв.80 янв.81 янв.82 янв.83 янв.84 янв.85 янв.86 янв.87 янв.88 янв.89 янв.90 янв.91 янв.92 янв.93 янв.94 янв.95 янв.96 янв.97 янв.98 янв.99 янв.00

25,50

y = 0,0017x + 26,059 SST °C/year= 0,0204 янв.71 янв.72 янв.73 янв.74 янв.75 янв.76 янв.77 янв.78 янв.79 янв.80 янв.81 янв.82 янв.83 янв.84 янв.85 янв.86 янв.87 янв.88 янв.89 янв.90 янв.91 янв.92 янв.93 янв.94 янв.95 янв.96 янв.97 янв.98 янв.99 янв.00

30,00

Monthly SST °C - 1971-2000 - Region III

Monthly SST °C - 1971-2000 - Region IV

Average mon. Reg III Linear (Average mon. Reg III)

30,00

Average mon. Reg IV Linear (Average mon. Reg IV)

30,00

y = 0,0018x + 25,501 SST °C/ year= 0,0216

29,50 29,00

28,50

28,50

28,00

28,00

27,50

27,50

27,00

27,00

26,50

26,50

26,00

26,00

25,50

25,50

25,00

25,00

янв.71 янв.72 янв.73 янв.74 янв.75 янв.76 янв.77 янв.78 янв.79 янв.80 янв.81 янв.82 янв.83 янв.84 янв.85 янв.86 янв.87 янв.88 янв.89 янв.90 янв.91 янв.92 янв.93 янв.94 янв.95 янв.96 янв.97 янв.98 янв.99 янв.00

29,00

y = 0,0017x + 25,949 SST °C/ year= 0,0204 янв.71 янв.72 янв.73 янв.74 янв.75 янв.76 янв.77 янв.78 янв.79 янв.80 янв.81 янв.82 янв.83 янв.84 янв.85 янв.86 янв.87 янв.88 янв.89 янв.90 янв.91 янв.92 янв.93 янв.94 янв.95 янв.96 янв.97 янв.98 янв.99 янв.00

29,50

Fig. 15. Promedios de la TSM mensual por regiones con sus respectivas tendencias. Para definir la variabilidad interanual, se calcularon las anomalías mensuales de la TSM para cada una de las regiones del Caribe (Figura 16-izquierda); las series resultantes se suavizaron con una media móvil de tres y cinco meses (Figura 16-derecha), las anomalías negativas corresponden al color azul y las positivas al color rojo. La mayor variabilidad de la TSM corresponde a la Región I, con rangos de anomalías entre -1.5°C y 1.3°C. Se observa que al inicio del periodo 1971-2000 se presentaron dos eventos fríos importantes en la década de los 70’s y 80’s: el primero – menos intenso con anomalías de -0.5°C que duró entre 1971 y 1972 y uno más fuerte, entre 1974 y 1976, con anomalías negativas de -0.6°C la mayor parte del periodo, disminuyendo incluso hasta -1.1°C en el año 1976. El segundo periodo “frío” se registró entre 1985 y 1987 con anomalías de -0.6 °C aproximadamente. Los periodos “cálidos” se presentaron durante la década de 1980, con duración entre uno y dos años, con anomalías de 0.6°C durante 1983-1984 y de hasta 0.4°C durante 1987-1988. En la década de 1990 únicamente se presentaron anomalías positivas con rangos entre 0.6 y 0.7°C, mostrando una clara tendencia de incremento y la presencia de periodos cálidos de casi tres años consecutivos. °C

REGION I. Anomalies 5 mon. Mov.AV

SST Anomaly Region I & Moving Av 3 mon. 1.00

1.50

0.80

1.00

0.60 0.40

0.50

0.20

0.00 -0.50 -1.00

-0.40 Anom. Reg I

-0.60

Movi ng AV 3mon.

-0.80

Jan/71 Jan/72 Jan/73 Jan/74 Jan/75 Jan/76 Jan/77 Jan/78 Jan/79 Jan/80 Jan/81 Jan/82 Jan/83 Jan/84 Jan/85 Jan/86 Jan/87 Jan/88 Jan/89 Jan/90 Jan/91 Jan/92 Jan/93 Jan/94 Jan/95 Jan/96 Jan/97 Jan/98 Jan/99 Jan/00

-1.50

Jan-71 Jan-72 Jan-73 Jan-74 Jan-75 Jan-76 Jan-77 Jan-78 Jan-79 Jan-80 Jan-81 Jan-82 Jan-83 Jan-84 Jan-85 Jan-86 Jan-87 Jan-88 Jan-89 Jan-90 Jan-91 Jan-92 Jan-93 Jan-94 Jan-95 Jan-96 Jan-97 Jan-98 Jan-99 Jan-00

0.00 -0.20

-1.00 -1.20 Moving AV 5mon."+"

Moving AV 5mon."-"

°C

REGION II. Anomalies 5 mon. Mov.AV

SST Anomaly Region II & Moving Av 3 mon. 1.00

1.50

0.80

1.00

0.60 0.40

0.50

0.20

0.00 -0.50

-0.40

-1.00

Anom. Reg II Moving AV 3mon.

Jan/71 Jan/72 Jan/73 Jan/74 Jan/75 Jan/76 Jan/77 Jan/78 Jan/79 Jan/80 Jan/81 Jan/82 Jan/83 Jan/84 Jan/85 Jan/86 Jan/87 Jan/88 Jan/89 Jan/90 Jan/91 Jan/92 Jan/93 Jan/94 Jan/95 Jan/96 Jan/97 Jan/98 Jan/99 Jan/00

-1.50

°C

Jan-71 Jan-72 Jan-73 Jan-74 Jan-75 Jan-76 Jan-77 Jan-78 Jan-79 Jan-80 Jan-81 Jan-82 Jan-83 Jan-84 Jan-85 Jan-86 Jan-87 Jan-88 Jan-89 Jan-90 Jan-91 Jan-92 Jan-93 Jan-94 Jan-95 Jan-96 Jan-97 Jan-98 Jan-99 Jan-00

0.00 -0.20

-0.60 -0.80 -1.00 -1.20 Moving AV 5mon."+"

Moving AV 5mon."-"

REGION III. Anomalies 5 mon. Mov.AV

SST Anomaly Region III & Moving Av 3 mon. 1.00

1.50

0.80

1.00

0.60 0.40

0.50

0.20

-0.20

-0.50

-0.40

-1.00

Anom. Reg III Moving AV 3mon.

-1.50

Jan-71 Jan-72 Jan-73 Jan-74 Jan-75 Jan-76 Jan-77 Jan-78 Jan-79 Jan-80 Jan-81 Jan-82 Jan-83 Jan-84 Jan-85 Jan-86 Jan-87 Jan-88 Jan-89 Jan-90 Jan-91 Jan-92 Jan-93 Jan-94 Jan-95 Jan-96 Jan-97 Jan-98 Jan-99 Jan-00

0.00

0.00

-0.60 -0.80

Jan/ 71 Jan/ 72 Jan/ 73 Jan/ 74 Jan/ 75 Jan/ 76 Jan/ 77 Jan/ 78 Jan/ 79 Jan/ 80 Jan/ 81 Jan/ 82 Jan/ 83 Jan/ 84 Jan/ 85 Jan/ 86 Jan/ 87 Jan/ 88 Jan/ 89 Jan/ 90 Jan/ 91 Jan/ 92 Jan/ 93 Jan/ 94 Jan/ 95 Jan/ 96 Jan/ 97 Jan/ 98 Jan/ 99 Jan/ 00

-1.00

°C

-1.20 Moving AV 5mon."+"

Moving AV 5mon."-"

REGION IV. Anomalies 5 mon. Mov.AV

SST Anomaly Region IV & Moving Av 3 mon. 1.00

1.50

0.80

1.00

0.60 0.40

0.50

0.20

-0.20

-0.50 -1.00

-0.60

Anom. Reg IV Moving AV 3mon.

-0.80 -1.00

Jan/ 71 Jan/ 72 Jan/ 73 Jan/ 74 Jan/ 75 Jan/ 76 Jan/ 77 Jan/ 78 Jan/ 79 Jan/ 80 Jan/ 81 Jan/ 82 Jan/ 83 Jan/ 84 Jan/ 85 Jan/ 86 Jan/ 87 Jan/ 88 Jan/ 89 Jan/ 90 Jan/ 91 Jan/ 92 Jan/ 93 Jan/ 94 Jan/ 95 Jan/ 96 Jan/ 97 Jan/ 98 Jan/ 99 Jan/ 00

-1.50

-0.40

Jan-71 Jan-72 Jan-73 Jan-74 Jan-75 Jan-76 Jan-77 Jan-78 Jan-79 Jan-80 Jan-81 Jan-82 Jan-83 Jan-84 Jan-85 Jan-86 Jan-87 Jan-88 Jan-89 Jan-90 Jan-91 Jan-92 Jan-93 Jan-94 Jan-95 Jan-96 Jan-97 Jan-98 Jan-99 Jan-00

0.00

0.00

-1.20 Moving AV 5mon."+"

Moving AV 5mon."-"

Fig. 16 Anomalías de la TSM para las regiones I a IV, suavizadas con media móvil de 3 y 5 meses. Los datos de las otras tres regiones corroboran el resultado obtenido en los análisis de la Región I, con pequeñas variaciones en la duración de los periodos “fríos” o “cálidos” y la magnitud de las anomalías. Las mayores diferencias se observaron en la Región III, donde se registró el periodo más frío con anomalías muy estables entre -0.5 a -0.8°C, que duró más de cuatro años consecutivos entre 1973 y 1977,

Lo anterior permite concluir que la primera década del periodo 1971-2000 en toda la región Caribe colombiana, localizada entre las longitudes 84 W y 70 W y latitudes 9 N y 15 N, se caracterizó por ser anormalmente fría y las tres últimas décadas por ser predominantemente cálidas y con tendencia al aumento de las anomalías positivas. 4.3

Relación de la TSM en la región del Caribe con el fenómeno (ENOS) - El Niño-Oscilación Sur

Para analizar la posible relación entre el fenómeno El Niño y el comportamiento de la TSM en la región del Caribe colombiano, se escogió como variable indicadora del fenómeno el índice de la TSM de la región Niño 3. Esta es una serie de anomalías de la TSM promediadas para toda la región, suavizadas y normalizadas con métodos estadísticos (NOAA, 2009);(13); dicho indicador es recomendado en este tipo de análisis, de acuerdo con el documento “Índices de mayor significación utilizados en la vigilancia y caracterización de los fenómenos El Niño y La Niña”, (IDEAM, 2001(12)). En la figura 17 se pueden diferenciar seis eventos cálidos y cinco eventos fríos durante el periodo 19712000, de los cuales, cuatro son bien pronunciados: • • • •

1971-1973 con anomalías superiores a 2°C. 1982-1983 presenta anomalías mayores a 3°C. 1986-1987 con anomalías cercanas a 2°C 1997-1998, el más fuerte con anomalías de más de 3.5 °C.

Los eventos fríos no tienen la misma magnitud de los cálidos, pero presentan mayor duración, incluso algunos superan los dos años, como en el periodo 1984-1986. Las anomalías fueron entre -1.5 y 2°C.

SST ANOMALY - Region El NIÑO 3 4 3 2 1 0 -1 -2 ANOM NIÑO3

Jan/ 71 Jan/ 72 Jan/ 73 Jan/ 74 Jan/ 75 Jan/ 76 Jan/ 77 Jan/ 78 Jan/ 79 Jan/ 80 Jan/ 81 Jan/ 82 Jan/ 83 Jan/ 84 Jan/ 85 Jan/ 86 Jan/ 87 Jan/ 88 Jan/ 89 Jan/ 90 Jan/ 91 Jan/ 92 Jan/ 93 Jan/ 94 Jan/ 95 Jan/ 96 Jan/ 97 Jan/ 98 Jan/ 99 Jan/ 00

-3

Fig. 17. Anomalías de la TSM de la región El Niño 3 – Índice El Niño 3.

Para analizar la relación entre las anomalías de la TSM de las regiones seleccionadas en el Caribe colombiano y el índice Niño 3, se calculó el coeficiente de correlación entre estas series de datos, comparando la serie del índice Niño 3 con la serie original de las anomalías de cada región y con las series suavizadas con la media móvil de 3 y 5 meses y rezago de 0 a 24 meses. Los resultados se presentan en la Figura 18. La máxima correlación para las series originales, con valores estadísticamente significativos de 95%, se encontró dentro del rango R = 0.4 - 0.5 correspondiente al rezago de 5-8 meses. La máxima correlación corresponde a la región IV, que no tiene tanta influencia de las surgencias de la zona de La Guajira y la mínima correlación se registró para la región III (R=0.4). La máxima correlación de las series suavizadas corresponde a la región I con un coeficiente R>0.6 para los datos de la anomalía, suavizada con la media móvil de 5 meses. El menor rezago que resulta en máxima correlación corresponde a 5 meses para la región I y II, que quedan más cerca del área de desarrollo del fenómeno El Niño y no son tan influenciados por el régimen hidrológico del mar Caribe. En general se puede concluir que los coeficientes de correlación obtenidos con valores significativos muestran la existencia de una buena correlación entre el fenómeno El Niño y el comportamiento de la TSM en la región del Caribe colombiano con un máximo rezago de 8 meses. Correlation Reg I

Correlation Reg II

Corr MovAV RegI-Nino3 0.6 0.5

0.4

0.4

0.3

0.3 R(corr)

0.5

0.2

0.1

0

0

-0.1

-0.1

-0.2

-0.2

Correlation Reg III Anom-Nino3 & MovAv-Nino3

Correlation Reg IV Anom-Nino3 & MovAv-Nino3

Corr MovAV RegIII-Nino3 0.6 0.5

0.4

0.4

0.3

0.3 R(corr)

0.5

0.2

Corr Orig RegIV-Nino3 Corr MovAV RegIV-Nino5

Corr MovAV RegIV-Nino3

0.2 0.1

0

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0.1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

R(corr)

0.6

Corr MovAV RegII-Nino3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0.1

Corr Orig RegIII-Nino3 Corr MovAV RegIII-Nino5

Anom-Nino3 & MovAv-Nino3

Corr Orig RegII-Nino3 Corr MovAV RegII-Nino5

0.2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

R(corr)

0.6

Anom-Nino3 & MovAv-Nino3

Corr Orig RegI-Nino3 Corr MovAV RegI-Nino5

-0.1

-0.1

-0.2

-0.2

Fig. 18. Correlación entre Índice el Niño-3 y anomalías de la TSM de las cuatro regiones definidas. Se hizo el cálculo del coeficiente de correlación espacial entre anomalías de TSM Niño-3 y anomalías de TSM de la región del Caribe colombiano (Fig. 19) con rezago de hasta 12 meses. Según los resultados la mayor correlación corresponde al área de la región del Caribe colombiano entre 10N – 12N y 77W - 79W,

con coeficientes de 0.38 con un rezago de 6 a 8 meses; esto quiere decir que los procesos ocurridos en el Pacifico ecuatorial, tienen efecto sobre la región Caribe entre 6 y 8 meses después. El área con valores de correlación mínimos, se encuentra entre 12N – 15N y 72W - 77W, esto se debe a los procesos de surgencia de aguas frías en las costas de la Guajira que disminuyen hasta opacar casi por completo la conexión entre los procesos del Pacifico y del Caribe.

Fig. 19. Correlación espacial entre Índice de la región Niño-3 y anomalías de la TSM. De igual manera se hizo el análisis de la correlación espacial entre las anomalías de TSM – Niño 3 y anomalías de la TSM de la región Caribe colombiana, suavizadas con media móvil de 3 meses. Los resultados (Fig. 20) arrojaron coeficientes de correlación más altos que en las series originales y en su máximo superaron el valor de +0.5. Después de suavizar los datos con la media móvil, el área de mayores coeficientes de correlación se extendió y quedo entre 9N – 15N y 72W - 82W. Otra área con coeficientes muy altos se aprecia en la parte nororiental de la región Caribe colombiana, separada del área occidental por la corriente de aguas frías de la Guajira.

Fig. 20. Correlación espacial entre el Índice el Niño-3 y anomalías de la TSM suavizadas con media móvil de 3 meses. 4.4

Relación de la TSM en la región del Caribe con la Oscilación del Atlántico Norte (NAO).

Se analizó la posible correlación entre el índice NAO (Oscilación del Atlántico Norte) con la temperatura superficial del mar en la región del Caribe colombiano. Los datos del índice NAO se bajaron de la página NCEP-NOAA (14). En la Figura 21 se pueden observar las fases positivas y negativas del evento NAO, ocurridas en el periodo de 1971-2000. NAO index AV 3 mon. - negative & positive phases. 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

-3.00 -4.00

Fig. 21. Fases negativas y positivas de NAO.

Jan-00

Jan-99

Jan-98

Jan-97

Jan-96

Jan-95

Jan-94

Jan-93

Jan-92

Jan-91

Jan-90

Jan-89

Jan-88

Jan-87

Jan-86

Jan-85

Jan-84

Jan-83

Jan-82

Jan-81

Jan-80

Jan-79

Jan-78

Jan-77

Jan-76

Jan-75

Jan-74

Jan-73

Jan-72

-2.00

Jan-71

-1.00

Comparando el comportamiento de la serie del índice NAO con la serie de anomalías de la TSM de la Región I (Fig. 22) se concluye que las series tienen una relación inversa, es decir, los periodos con anomalías positivas de TSM, corresponden a periodos con anomalías negativas de la NAO.

NAO index vs. Region I SST 3 mon. AV anomaly

NAO inx.

Jan/ 00

Jan/ 99

Jan/ 98

Jan/ 97

Jan/ 96

Jan/ 94 Jan/ 95

Jan/ 93

Jan/ 92

Jan/ 91

Jan/ 90

Jan/ 89

Jan/ 88

Jan/ 87

Jan/ 86

Jan/ 85

Jan/ 84

Jan/ 83

Jan/ 82

Jan/ 81

Jan/ 80

Jan/ 79

Jan/ 78

Jan/ 77

Jan/ 76

Jan/ 75

Jan/ 74

Jan/ 73

Jan/ 72

Jan/ 71

4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 -1.00 -2.00 -3.00 -4.00

Reg I Mov AV 3mon.

Fig. 22. Índice NAO y anomalías de la TSM, suavizadas con media móvil (3 meses). Con las series de anomalías de la TSM, suavizadas con una media móvil de 3 y 5 meses se hizo el mismo ejercicio de correlación, pero esta vez se tomó como componente principal el índice NAO. Los resultados de este cálculo se presentan en la Figura 23. La mayor correlación encontrada corresponde a R=+0.12 (estadísticamente significativo a 90%) para la Región I, con un rezago de 8-9 meses. Para las otras tres regiones el coeficiente de correlación oscila entre -0.1 y 0.05. Estos resultados no pueden ser considerados como contundentes, porque pueden atribuirse a coincidencias o efectos de muchas variables que atenúan la relación entre el índice NAO y la TSM en el Caribe colombiano. Corr. NAO vs Reg II AV 3 & 5 mon.

Corr. NAO vs Reg I AV 3 & 5 mon. 0.100

0.100

0.050

0.050

0.000

0.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0.150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0.150

-0.050

-0.050

-0.100

-0.100

-0.150

-0.150

Corr NAO vs Reg I AV 3 mon

Corr NAO vs Reg I AV 5 mon

Corr NAO vs Reg II AV 3 mon

Corr NAO vs Reg II AV 5 mon

Corr. NAO vs Reg III AV 3 & 5 mon.

Corr. NAO vs Reg IV AV 3 & 5 mon.

0.100

0.100

0.050

0.050

0.000

0.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0.150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0.150

-0.050

-0.050

-0.100

-0.100

-0.150

-0.150

Corr NAO vs Reg III AV 3 mon

Corr NAO vs Reg III AV 5 mon

Corr NAO vs Reg IV AV 3 mon

Corr NAO vs Reg IV AV 5 mon

Fig. 23. Correlación entre el índice NAO y anomalías de la TSM de las cuatro regiones. 4.5

Relación de la TSM regional, TSM –Niño 3 y el índice NAO con la precipitación de algunas estaciones de la región Caribe.

Para complementar el análisis de la relación entre los procesos que se desarrollan en el océano Pacifico tropical, en el Atlántico Norte y en el Mar Caribe colombiano, se incluyó, la correlación entre la serie indicadora del ENSO y la NAO, con algunas series de precipitación de estaciones ubicadas sobre la zona costera colombiana. Nombre

Latitud (N) Longitud (W) MUNICIPIO DEPARTAMENTO

Aeropuerto Almirante Padilla

11° 32’

72° 56’

Riohacha

Guajira

Aeropuerto Rafael Núñez

10° 26’

75° 31’

Caratagena

Bolívar

Aeropuerto Simón Bolívar

11° 08’

74° 14’

Santa Marta

Magdalena

Estaciones utilizadas para el estudio (Fuente: IDEAM).

Los resultados de la correlación entre las diferentes variables se presentan en la Figura 24. En el primer gráfico se observa la correlación entre la precipitación de las estaciones mencionadas con la serie de TSM de la región Niño 3. Los coeficientes de correlación para rezagos entre 0 y 6 meses, muestran valores negativos que indican una correlación inversa, es decir, a valores altos de precipitación corresponden mínimos de los índices de TSM de la región Niño 3. El rango del coeficiente de correlación es entre -0.13 y +0.14 que no es significativo, y al parecer, no existe correlación directa entre la lluvia en estas estaciones y las fases de ENSO. Por otra parte, pueden existir muchas otras variables que influyen sobre el régimen de precipitación de ésta zona, que enmascaran la influencia directa de ENSO. Los resultados de la correlación entre la precipitación y el índice NAO en la segunda figura, muestran resultados similares, con coeficientes entre -0.16 y +0.15, que tampoco son significativos y además presentan mayor variación, confirmando que no existe incidencia directa de tal fenómeno.

En el tercer y cuarto gráfico se presentan las curvas de correlación entre la precipitación de las estaciones escogidas y la TSM de las regiones más cercanas (Región I y III). Las curvas de los coeficientes de correlación empiezan en la fase positiva, lo que indica correlación directa (aumento de la TSM – aumento de precipitación), aunque los valores son muy bajos entre +0.12 y -0.06, revelando una relación poco contundente entre estos dos parámetros. En la cuarta gráfica, el coeficiente de correlación también es positivo, pero de mayor magnitud, +0.2 sin ningún rezago. El valor del coeficiente de correlación en este caso se explica porque todas las estaciones de precipitaciones pertenecen a la región III, pero a pesar de ello, resultan no significativos y no se puede concluir que exista algún tipo de relación entre estos parámetros.

-0.1

-0.1 -0.15

24

-0.2 ST-1 vs. NIÑO-3

ST-2 vs. NIÑO-3

ST-3 vs. NIÑO-3

Time shift

Correlation Rain vs. SST Region I

R

ST-1 vs. NAO inx.

ST-3 vs. NAO inx.Tim e shift

ST-2 vs. NAO inx.

Correlation Rain vs. SST Region III

R

0.2

0.2

0.15

0.15

0.1

0.1

0.05

0.05 24

22

20

18

16

14

12

10

-0.05

8

6

4

2

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0 -0.1

0

0

0 -0.05

-0.1

-0.15

-0.15 Tim e shift

-0.2 ST-1 vs. Anom. Reg I

ST-2 vs. Anom. Reg I

ST-3 vs. Anom. Reg I

Tim e shift

-0.2 ST-1 vs. Anom. Reg III

ST-2 vs. Anom. Reg III

ST-3 vs. Anom. Reg III

Fig. 24. Graficas de correlaciones entre TSM-Niño-3, NAO, TSM regional y series de precipitación. 5.

22

20

18

16

14

12

6

4

-0.05

-0.15 -0.2

2

0

24

22

20

18

16

10

-0.05

14

0

12

0.05

0 8

0.05 6

0.1

4

0.1

2

0.2 0.15

0

0.2 0.15

10

Correlation Rain vs. NAO

R

8

Correlation Rain vs. ENSO-3

R

CONCLUSIONES

El promedio de la TSM para la región del Caribe colombiano, comprendida entre latitudes 8 y 15° N y longitudes entre 84 y 70° W durante el periodo 1971-2000 es de 27.7°C. Se observan dos máximos en el comportamiento estacional de la TSM, el primero en junio 28.1°C y el segundo en octubre 28.6°C, con una leve caída en julio hasta los 27.9°C. La temperatura minima durante el periodo en la región se registra en febrero con un valor de 26.6°C. En general la parte oriental de la región se caracteriza por presentar las temperaturas más bajas. En el transcurso del año se observa un crecimiento de la TSM de febrero a octubre, con promedios entre 26.6 y

28.6°C respectivamente, con un leve enfriamiento en el mes de Julio con un promedio de 27.9°C. La disminución de la TSM, ocurre entre octubre y febrero. El análisis de la variación interanual, muestra un crecimiento en el valor de la TSM. Todas las series representativas de las cuatro regiones del Caribe registran tendencia al incremento para el periodo (19712000), con una magnitud aproximada de 0.02°C/año, lo que resulta en un incremento de 0.61°C a 0.64°C al final del periodo de 30 años. La máxima correlación encontrada entre las series de TSM de las regiones del Caribe colombiano y el índice TSM de la región Niño-3, con valores estadísticamente significativos de 95%, se encuentra dentro del rango R = 0.4 - 0.5, con un rezago de 5 a 8 meses. La máxima correlación corresponde a la región IV, debido a la poca influencia que las surgencias de la Guajira ejercen sobre ella. La mínima correlación se registró para la región III (R=0.4). La máxima correlación de las series suavizadas con una media móvil de 5 meses, corresponde a la región I, con un coeficiente R>0.6. El menor rezago que resulta en máxima correlación corresponde a 5 meses para la región I y II, que están localizadas más cerca del área de desarrollo del fenómeno El Niño y no son tan influenciados por el régimen hidrológico del mar Caribe. En resumen, los coeficientes de correlación obtenidos con valores significativos muestran que existe buena correlación entre el fenómeno El Niño y el comportamiento de la TSM en la región del Caribe colombiano con un máximo rezago de 8 meses. La mayor correlación encontrada entre la TSM de la región del Caribe colombiano y el índice NAO es R = 0.12 (estadísticamente significativo a 90%) para la Región I, con un rezago de 8-9 meses. Para las otras tres regiones el coeficiente de correlación oscila entre -0.1 y 0.05. Estos resultados no muestran una correlación contundente, ya que pueden atribuirse a coincidencias o efectos de muchas otras variables que enmascaran la relación entre el índice NAO y la TSM del Caribe colombiano. Los resultados de la correlación entre la TSM, TSM Niño-3, NAO y la precipitación de las estaciones ubicadas sobre la zona costera del país, arrojaron coeficientes de correlación en un rango entre -0.13 y +0.2 que no resultan significativos, lo que no permite establecer una relación directa entre la lluvia en estas estaciones y los fenómenos estudiados. BIBLIOGRAFÍA 1. Barnston, G., and R. E. Livezey, 1987: Classification, seasonality and low-frequency atmospheric circulation patterns. Mon. Wea. Rev., 115, 1083–1126.

Glantz, Michael H. (2001). Currents of change. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 052178672X. 2.

Imágenes: NOAA / PMEL / TAO Project Office, Dr. Michael J. McPhaden, Director. http://www.pmel.noaa.gov/tao/proj_over/diagrams/index.html 3.

4.

http://climateprogress.org/wp-content/uploads/2009/06/enso-historical1.gif

5.

Hurrell J.W., Yochanan Kushnir (2003), An Overview of the North Atlantic Oscilation

6.

http://www.cpc.noaa.gov/data/teledoc/nao.timeseries.gif

BSE-Gran Enciclopedia Soviética, publicación electrónica, 2000, articulo de O. Leontiev, A. Muromtsev. http://bse.sci-lib.com/article059220.html 7.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0f/Amerikanisches_Mittelmeer_NASA_World_Wind _Globe_.jpg 8.

9. Documentation of a Highly ENSO-Related SST Region in the Equatorial Pacific. A. Barnstone, S. Goldenberg. http://www.cmos.ca/Ao/articles/v350305.pdf 10. Actualización del componente Meteorológico del modelo institucional del IDEAM sobre el efecto climático de los fenómenos El Niño Y La Niña en Colombia. http://www.ideam.gov.co/Fenomenos/index4Fenomenos.htm Capitulo 4.

Rayner N. A., D. E. Parker, E. B. Horton, C. K. Folland, L. V. Alexander, D. P. Rowell, E. C. Kent, A. Kaplan, Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century, J. Geophys. Res., 108 (D14), 4407, doi:10.1029/2002JD002670, 2003. 11.

12. 13.

http://www.ideam.gov.co/Fenomenos/CuatroIndices.html http://www.cpc.noaa.gov/data/indices/sstoi.indices

14.

http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/nao.shtml