OCEAN SCALE AND REGIONAL COMPARISON - ESTUDIOS OCEANICOS Y COMPARACION REGIONAL EL ROL DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL DEL MAR Y LA SUBSIDENCIA ATMOSFERICA EN LA DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA TERMICA DE LA CAPA DE INVERSION Por Pablo Lagos Instituto Geofísico del Perú Apartado 3747 Lima 100, PERU Summary Evidence is presented relating changing atmospheric temperatures with increasing altitude and climatic changes. These are in turn related to sea surface anomalies in the equatorial eastern Pacific. The atmospheric inversion layer, i.e. thermal structure with altitude, changes seasonally, as does the mixed layer depth of the oceans. Great changes or anomalies in both have been related, indicating the air-sea phenomena are strongly driving the climate changes of South America's coastal, mountain and jungle systems. INTRODUCTION Recientemente se han observado cambios climatológicos en la costa central de Sudamérica relacionados con la ocurrencia del fenómeno de El Niño iniciado en Octubre de 1982, lo que ha motivado la ampliación de los estudios sobre el fenómeno de El Niño y las-alteraciones climáticas realizadas hasta 1982 (Lagos, 1982). En este trabajo se presentan evidencias adicionales sobre los cambios climáticos observados durante El Niño 1972 y el Niño 1982–1983, basados principalmente en los datos de la temperatura atmosférica con altura, obtenidos en la estación de radio-vientos del Callao, Perú. Los resultados de este trabajo proporcionan mayor información sobre el rol que desempeñan las anomalías térmicas del mar, en los cambios climáticos en la Costa del Perú. LA INTERACCIÓN OCÉANO-ATMÓSFERA Y LAS FLUCTUACIONES CLIMÁTICAS Namias (1965) planteó la hipótesis que las anomalías térmicas de gran escala en el mar podrían influir fuertemente en la atmósfera, particularmente en las variaciones climáticas de corto período y escala global. A partir de esta fecha han aparecido en la literatura científica numerosos estudios sobre la interacción océano-atmósfera. Estudios oceanográficos y metereológicos realizados recientemente han demostrado que las anomalías de la temperatura superficial del mar en el Pacífico central ecuatoriano juegan un papel muy importante en la circulación atmosférica y el clima (Donguy y Henin, 1980; Horel y Wallace, 1981; Rasmusson y Carpenter, 1982). Estudios de modelaje también han demostrado que las anomalías térmicas en el mar tienen una gran influencia en la circulación atmosférica (Webster, 1981; Hoskins y Karoly, 1981). 34

Experiencias del pasado y del presente nos permiten asociar la ocurrencia del fenómeno de El Niño con precipitaciones intensas y persistentes en el Ecuador y norte del Perú, así como con cambios bruscos en los recursos pesqueros a lo largo de la Costa Occidental de Sudamérica. Como el fenómeno de El Niño está identificado con la presencia de aguas anormalmente cálidas frente a las costas del Perú y el Ecuador, el efecto del océano en la atmósfera es evidente. Por otro lado, las alteraciones en la distribución de las precipitaciones son manifestaciones de los cambios climatológicos. Quinn y Neal (1983) han encontrado que, con períodos largos, en la región subtropical de Chile las variaciones de la temperatura superficial del mar en la costa están relacionadas con las precipitaciones de igual período. En este trabajo se analizan los cambios producidos por las anomalías de la temperatura superficial del mar en los primeros dos mil metros de la atmósfera, región donde se presenta la capa de inversión térmica, en una escala espacial de aproximadamente dos mil kilómetros y escala temporal de semanas a varios años. EL CLIMA EN LA COSTA Y LA CAPA DE INVERSIÓN TÉRMICA Por sus características topográficas el Perú posee una gran variedad de climas, los que pueden resumirse a tres tipos: a) áridos, templado y húmedo a lo largo de la Costa, b) frío y seco con lluvias estacionales a lo largo de la cordillera y los valles andinos y c) lluvioso, caliente y muy húmedo en la región selvática del Amazonas (fig. 1). Existe una gran correlación entre las anomalías de la temperatura superficial del mar y las anomalías térmicas en la atmósfera a lo largo de la costa del Perú, pero no hay una correlación evidente con las anomalías térmicas atmosféricas en la región andina y la selva (Lagos, 1982). En general, el clima a lo largo de gran parte de la costa peruana es de fresco a moderadamente caliente, húmedo y con el cielo cubierto por nubes bajas durante casi todo el ano. La causa de este comportamiento climático se debe al efecto de la baja temperatura superficial del mar y a la subsidencia atmosférica. La baja temperatura del mar esta asociada principalmente con los procesos de afloramiento costero y la subsidencia atmosférica está asociada con la circulación atmosférica en el Pacífico sudeste y la región ecuatorial. La subsidencia produce un calentamiento en la atmósfera, que sumado a la baja temperatura del mar da origen a la formación de una capa de inversión térmica en los primeros dos mil metros de la atmósfera, que persiste durante casi todo el tiempo, año tras año. Esta situación constituye una de las características más saltantes del clima en la costa peruana. La capa de inversión, como una característica permanente de la costa peruana, ha sido estudiada por primera vez por Prohaska (1973) usando los datos de la radiosonda de Lima para 1967. Igualmente Albrecht (1981) ha analizado datos similares para un período de 20 años.

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Figura 1: Condiciones climáticas promedias para la costa, la región andina y la selva en el Perú.

Figura 2: Promedio de 20 años de la estructura térmica mensual en la capa de inversión según Albrecht (1981).

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La figura 2, muestra los promedios de 20 años de la estructura térmica en la capa de inversión obtenidos por Albrecht. Se puede notar que la inversión es más intensa y persistente durante los meses de invierno y débil durante los meses de verano. Cuando la inversión térmica está presente en la atmósfera, se dice que la atmósfera es estable en esa región. En una atmósfera estable los procesos de convección vertical son nulos, permitiendo únicamente el desarrollo de una capa de nubes bajas del tipo stratus, en la capa de inversión. En estas condiciones es imposible la formación de cúmulos que permitirían desencadenar precipitaciones. Durante la presencia de aguas anormalmente más caliente, asociadas principalmente con la ocurrencia del fenómeno El Niño, la estructura térmica en la capa de inversión cambia notablemente. Cuando la temperatura superficial del mar alcanza los valores de 25°C, la capa de inversión se debilita completamente y la atmósfera en esta región se encuentra en una condición casi inestable. Por otro lado, el calentamiento de la atmósfera por efecto de la subsidencia es también un factor que permite estabilizar o desestabilizar la atmósfera en la capa de inversión, y es importante analizar el papel que desempeña cada uno de estos factores. Este análisis implica considerar principalmente la termodinámica de la capa de inversión. BALANCE DE ENERGÍAS EN LA CAPA DE INVERSIÓN Consideremos en forma simplificada la interacción océano-atmósfera en el dominio que incluye la capa superior del océano y la capa de inversión, es decir desde unos metros por debajo de la superficie del mar hasta una altura correspondiente a 700 mb de presión. El balance de energías en la capa de inversión se muestra en la figura 3. Nuestro interés es determinar el papel que juegan la temperatura del mar y el calentamiento por subsidencia en la estructura térmica de la capa de inversión. Para esto es necesario, en primera aproximación, resolver la ecuación de la termodinámica con condiciones de frontera escogidos apropiadamente. Todos los parámetros de esta ecuación a excepción de la velocidad vertical responsable de la subsidencia, se pueden medir o estimar con cierta exactitud, por tanto este último término puede ser estimado de la solución de la ecuación, y de esta manera se puede establecer su importancia.

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Figure 3: Balance de energías en la capa de inversión.

Figura 4: Sección vertical de la temperatura del mar (Febrero-Marzo, 1972), obtenidos con los barcos científicos Unanue y Orion.

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Figura 5: Anomalías mensuales de la estructura térmica en la capa de inversión para 1972

Figura 6: Sección vertical de la temperatura del mar (Noviembre-Diciembre 1982, EneroFebrero 1983 y Febrero-Marzo 1983), obtenidos con los barcos científicos Unanue, Humboldt y Wecoma, respectivamente.

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Figura 7: Anomalías de la estructura térmica en la capa de inversión para el período Octubre 1982-Marzo 1983. Resulta interesante aplicar el análisis que se ha indicado en condiciones de grandes calentamientos del mar, tales como los ocurridos durante Los Niños de 1972 y 1982/1983. La figura 4 muestra la magnitud del calentamiento del mar a lo largo de la costa del Ecuador y Perú para el período de Febrero-Marzo de 1972. La figura 5 muestra la variación mensual de la estructura térmica en la capa de inversión para 1972. Las figuras 6 y 7 corresponden al período de Octubre 1982-Marzo 1983. En las figuras 5 y 7 las áreas sombreadas indican anomalías positivas. De estas dos figuras se puede deducir cualitativamente que el rol que juega la temperatura superficial del mar como factor desestabilizante de la atmósfera es más importante que el calentamiento por subsidencia. Los análisis cuantitativos que resulten de aplicar las sugerencias arriba indicadas se encuentran en progreso. REFERENCIAS Albrecht, J.A. 1981. The twenty year average atmospheric structure at Lima, Peru. Florida State University, Department of Meteorology, Tallahasee, June 1981. Donguy, J.E. y C. Henin. 1980. Climatic teleconnections in western South Pacific with El Niño phenomenon. J.Phys.Oceanog. 10:1952–1958. Horel, J.D. y J.M. Wallace. 1981. Planetary scale atmospheric phenomena associated with the southern oscillation. Monthly Weather Rev. 109:803–829. Hoskins, B.J. y D.J. Karoly. 1981. The steady linear response of spherical atmosphere to thermal and orographic forcing. J.Atmospheric Sci. 38:1241–1259. Lagos, P. (En prensa). Equatorial and Southeast Pacific experiments: present and future plans. Proceedings of the Study Conference on Large Scale Oceanographic Experiments in the World Climate Research Program. Tokyo, May 10–21 1982. Namias, J. 1965. Science 147:696.

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Prohaska, F. 1973. Evidence on the climatic controls along the Peruvian coast. pp. 91–107. In Coastal deserts, their natural and human environments (Amira and Wilson, eds). University of Arizona Press. Quinn, W.H. y V.T. Neal. (En prensa). Long-term variation in the southern oscillation. El Niño and Chilean Subtropical Rainfall Fishery Bulletin. 51, ʋÉ, 1983. Rasmusson, E.M. y T.H. Carpenter. 1982. Variations in tropical sea-surface temperatura and wind fields associated with the southern oscillation/El Niño. Monthly Weather Rev. 110:354–384. Webster, P.J. 1981. Mechanism determining the atmospheric response to sea surface temperatura anomalies. J.Atmospheric Sci. 38:554–571

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