Variabilidad Tropical
Ernesto Barrera
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Variabilidad Tropical
Índice Fuentes de variabilidad tropical • Intraestacional Oscilación de Madden-Julian (MJO) Ondas ecuatoriales
• Interanual El Niño/Oscilación del sur (ENSO) Oscilación cuasi-bienal (QBO)
• Decadal Oscilación decadal del Pacífico (PDO) Oscilación multidecadal del Atlántico (AMO) Oscilación del Atlántico norte (NAO)
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Relación entre calentamiento y dinámica en la atmósfera
Calentamiento/ Enfriamiento
Patrones de temperatura
Vientos Gradientes de presión
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Variabilidad Tropical
Relación entre calentamiento y dinámica en los océanos
-Evaporación -Precipitación -Escorrentías -Deshielo
Calentamiento/ Enfriamiento
Patrones de temperatura y salinidad Corrientes superficiales
-Convección -Convección -Mezcla -Mezcla turbulenta turbulenta -Subsidencia -Afloramientos -Afloramientos -Subsidencias
Variaciones de densidad Viento y esfuerzos
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Modos principales de variabilidad tropical La predictibilidad en los trópicos es intrínsecamente baja debido a que la dinámica atmosférica no mantiene una relación de equilibrio similar al balance geostrófico en latitudes medias.
La predicción diaria puede verse favorecida si se identifican señales coherentes o condiciones de equilibrio en la dinámica de los fenómenos.
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Escalas espacio-temporales de los fenómenos atmosféricos.
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Fuentes de variabilidad tropical • Intraestacional Oscilación de Madden-Julian (MJO) Ondas ecuatoriales
• Interanual El Niño/Oscilación del sur (ENSO) Oscilación cuasi-bienal (QBO)
• Decadal Oscilación decadal del Pacífico (PDO) Oscilación multidecadal del Atlántico (AMO) Oscilación del Atlántico norte (NAO)
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Oscilación de Madden-Julian • Principal modulador de la variabilidad intraestacional • Descubierta en los 70
• Alternancia de zonas de convección activa • Primavera-verano del hemisferio sur • Franja en torno al ecuador • Se inicia en el océano Índico • Periodicidad 30-60 días • Se propaga hacia el este (5 m/s) • Longitud de onda ~ 12000 – 20000 Km
• Fenómeno acoplado atmósfera-océano La Antigua, 31 agosto - 11 septiembre 2015
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Oscilación de Madden-Julian
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Oscilación de Madden-Julian Señal atmosférica • Vientos de niveles altos y bajos • Campos relacionados con la convección
• Humedad, OLR, precipitación, v. potencial • No presente en vientos de niveles medios Señal oceánica • Periodo más largo (60-75 días) • SST, espesor capa mezcla • Flujo de calor latente, esfuerzo del viento
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Oscilación de Madden-Julian Señal atmosférica • Vientos de niveles altos y bajos • Campos relacionados con la convección
• Humedad, OLR, precipitación, v. potencial • No presente en vientos de niveles medios Señal oceánica • Periodo más largo (60-75 días) • SST, espesor capa mezcla • Flujo de calor latente, esfuerzo del viento
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Oscilación de Madden-Julian • Anomalías observadas en series largas • Viento zonal: 5 m/s
Fase inactiva
• Viento meridional: 1 m/s
• Temperatura: 0.5 K • Precipitación: 5 mm / día
Fase activa
• Humedad relativa: 10% • Sondeos similares en la capa límite • Rasgo baroclino característico • Niveles altos: liberación de calor latente • Niveles bajos: evaporación de lluvia
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Oscilación de Madden-Julian
• Propagación de convección hacia el este
• Anomalías de viento de viento y convergencias
Fase húmeda
• Fase húmeda
• Fase seca
• Anomalías de viento perduran • Continúan desplazándose hasta el Atlántico
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Fase seca
• Inhibición de la conveccción al este de 180º
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Oscilación de Madden-Julian en 3D
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¿Qué origina la MJO? •
¿Forzamiento externo? 1. Fluctuaciones en el monzón asiático 2. Perturbaciones de latitudes medias 3. Convección de corta duración
•
¿Forzamiento interno? 1. Onda de inestabilidad convectiva de segunda especie (CISK wave) 2. Intercambio de calor en superficie inducido por el viento (WISHE)
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¿Qué origina la MJO? •
¿Forzamiento externo? 1. Fluctuaciones en el monzón asiático
Las interacciones entre convección, evaporación y radiación pueden dar lugar a una onda estacionaria de ~50 días.
La oscilación generaría el calentamiento necesario para forzar ondas ecuatoriales.
Las ondas ecuatoriales podrían disparar la MJO.
No hay evidencias numéricas ni estadísticas al respecto.
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Variabilidad Tropical
¿Qué origina la MJO? •
¿Forzamiento externo? 2. Perturbaciones de latitudes medias
Un ciclón extratropical podría interaccionar con la MJO amplificándola.
Estas interacciones tienen lugar en el Pacífico oriental y central
En esas regiones la MJO está debilitada.
No hay evidencia estadística a favor de este mecanismo
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Variabilidad Tropical
¿Qué origina la MJO? •
¿Forzamiento externo? 3. Convección de corta duración
La convección de pequeña escala podría generar el calentamiento necesario para mantener la MJO
La escala espacial es demasiado pequeña
La convección podría intensificar una perturbación de escala sinóptica que a su vez alimentara la MJO
Resultados no concluyentes por el momento
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¿Qué origina la MJO? •
¿Forzamiento interno? 1. Onda de inestabilidad convectiva de segunda especie (CISK wave)
El mecanismo CISK permite forzar convección organizada de mesoscala mediante la convergencia de humedad en una depresión incipiente. La fricción tiene un papel crítico.
La ‘onda CISK’ es una interacción entre CISK y ondas Kelvin
Para que funcione en escalas MJO la interacción ha de ser selectiva, favoreciendo las ondas más largas.
Parcialmente confirmada numérica y observacionalmente.
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Inciso: la inestabilidad convectiva de segunda especie (CISK)
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Variabilidad Tropical
¿Qué origina la MJO? •
¿Forzamiento interno? 2. Intercambio de calor en superficie inducido por el viento (WISHE)
El mecanismo WISHE permite forzar convección organizada de mesoscala mediante la evaporación local en una depresión incipiente.
Requiere la interacción con una onda Kelvin y vientos medios del E
No reproduce bien las observaciones
Es posible que contribuya al sostenimiento aunque no a la creación.
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Impacto de la MJO en la variabilidad tropical •
MJO es más intenso en el verano austral con ENSO neutro
•
Tiende a desaparecer durante episodios El Niño/La niña
•
Modula las variaciones de la precipitación local
•
Modula distintas fases del monzón en el Índico/Pacífico
•
MJO proporciona una envolvente de escalas convectivas (figura)
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Variabilidad Tropical
Impacto de la MJO en la variabilidad tropical •
Los ciclones tropicales son más frecuentes en la fase activa de la MJO
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Variabilidad Tropical
Impacto de la MJO en la variabilidad tropical •
Los ciclones tropicales son más frecuentes en la fase activa de la MJO
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Variabilidad Tropical
Impacto de la MJO en la variabilidad tropical •
La MJO induce anomalías de esfuerzo del viento zonal en el océano.
•
Las anomalías excitan ondas Kelvin oceánicas que modulan la termoclina en el Pacífico ecuatorial
•
Las ondas Kelvin oceánicas se consideran un disparador del ENSO
•
La actividad MJO puede influir en el ENSO
•
La actividad ENSO puede influir en la MJO
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Fuentes de variabilidad tropical • Intraestacional Oscilación de Madden-Julian (MJO) Ondas ecuatoriales
• Interanual El Niño/Oscilación del sur (ENSO) Oscilación cuasi-bienal (QBO)
• Decadal Oscilación decadal del Pacífico (PDO) Oscilación multidecadal del Atlántico (AMO) Oscilación del Atlántico norte (NAO)
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Ondas ecuatoriales •
Oscilaciones atmosféricas y oceánicas en una franja en torno al ecuador
•
Deducidas teóricamente en los 60
•
Confirmadas en los 80 (satélites)
•
Su detección requiere técnicas de filtrado
•
Pueden estar acopladas a la convección
•
Múltiples tipos, 4 importantes.
•
Se relacionan con la ciclogénesis tropical
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B
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EQ
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A
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EQ
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Ondas ecuatoriales Ondas de Kelvin •
Hacia el este
•
Periodo ~ 6-7 días
•
vel = 12-25 m/s
•
L.O. = 6000-12000Km
•
Inicio ENSO
•
Alimenta MJO
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Ondas ecuatoriales Ondas de Rossby •
Hacia el oeste
•
Longitud ~ 10000 Km
•
Vel ~ 10-20 m/s (seca)
•
Vel ~ 5-7 m/s (húmeda)
•
Tiempo vida ~ semanas
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Ondas ecuatoriales
Seca
Ondas Rossby-gravitatorias •
Hacia el oeste (largas)
•
Hacia el este (cortas)
•
Longitud ~ 1000-4000 Km
•
Vel ~ 10 m/s
•
Periodo ~ 5 días
•
Fuerzan y son forzadas por áreas extensas de actividad tormentosa
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Húmeda
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Origen de las ondas ecuatoriales •
Calentamiento simétrico respecto al ecuador (~ 5K/día)
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Origen de las ondas ecuatoriales •
Calentamiento asimétrico respecto al ecuador (~ 5K/día)
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Impacto de las ondas ecuatoriales •
Contribuyen a la ciclogénesis tropical
•
Área de impacto directo, limitada.
•
Mayor influencia sobre Pacífico W / Índico
•
Variación estacional
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Monitorización / predicción de las ondas ecuatoriales
•
Kelvin
•
Skill ~ 5 días
[http link]
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Monitorización / predicción de las ondas ecuatoriales
•
Rossby
•
Skill ~5 días
[http link]
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Fuentes de variabilidad tropical • Intraestacional Oscilación de Madden-Julian (MJO) Ondas ecuatoriales
• Interanual El Niño/Oscilación del sur (ENSO) Oscilación cuasi-bienal (QBO)
• Decadal Oscilación decadal del Pacífico (PDO) Oscilación multidecadal del Atlántico (AMO) Oscilación del Atlántico norte (NAO)
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El Niño / Oscilación del sur (ENSO) •
Oscilación acoplada atmósfera-océano
•
Ciclo irregular: 2-7 años
•
Abarca el Pacífico ecuatorial / impacto global
•
Componente oceánica (El Niño) • El Niño (más intenso/más corto 9-15 meses) • Debilitamiento anómalo del alisio
• Aumento anómalo de la SST
• La Niña (menos intenso/más largo 1-3 años) • Intensificación anómala del alisio • Disminución anómala de la SST
• Trancisiones El Niño a La Niña más rápidas (~1 año) La Antigua, 31 agosto - 11 septiembre 2015
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El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
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El Niño / Oscilación del sur (ENSO) •
Componente atmosférica (Oscilación del sur) • Oscilación de la presión en superficie en el Pacífico ecuatorial
• No está claro si El Niño es causa o consecuencia de la Oscilación del sur • Ambas señales se modulan mutuamente • El SOI mide la anomalía de diferencia de presión entre Australia y la Polinesia francesa. • SOI > 0, alisio intensificado (Niña)
Niña
Niño
Niña
Niña
• SOI < 0, alisio debilitado (El Niño)
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El Niño / Oscilación del sur (ENSO) •
SST, capa de mezcla, corrientes marinas, esfuerzo del viento
•
Desplazamiento de la circulación de Walker
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Variabilidad Tropical
Teoría de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
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Variabilidad Tropical
Teoría de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
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Variabilidad Tropical
Teoría de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
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Variabilidad Tropical
Monitorización de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
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Variabilidad Tropical
Monitorización de El Niño / Oscilación del sur (ENSO) •
ONI, monitorización operativa
•
Cinco periodos consecutivos de tres meses con solapamiento
•
El Niño > +0.5
•
La Niña < -0.5
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Variabilidad Tropical
Impacto de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
El Niño
DJF
Invierno •
Efectos extensos
•
Intensos en NW de Sudamérica
•
Precipitación en Perú, Colombia y Ecuador
•
Pérdida de recursos pesqueros
•
Sequías/incendios en Oceanía
•
Desplazamiento de chorros en latitudes medias
JJA
Verano •
Impacto más débil
•
Menos extenso (Hemisferio sur)
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Variabilidad Tropical
Impacto de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
La Niña
DJF
Invierno •
Efectos extendidos
•
Muy acusados en el NW de Sudamérica
•
Precipitación en Perú, Colombia y Ecuador
•
Afecta a los recursos pesqueros
•
Sequías/incendios en Oceanía
•
Desplazamiento de chorros en latitudes medias
JJA
Verano •
Impacto más débil
•
Menos extenso (Hemisferio sur) La Antigua, 31 agosto - 11 septiembre 2015
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Variabilidad Tropical
Impacto de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
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Variabilidad Tropical
Predicción de El Niño / Oscilación del sur (ENSO) Modelos dinámicos: más dispersión
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Modelos estadísticos: bajo skill más allá de M+6
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Variabilidad Tropical
Predicción de El Niño / Oscilación del sur (ENSO)
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Variabilidad Tropical
Fuentes de variabilidad tropical • Intraestacional Oscilación de Madden-Julian (MJO) Ondas ecuatoriales
• Interanual El Niño/Oscilación del sur (ENSO) Oscilación cuasi-bienal (QBO)
• Decadal Oscilación decadal del Pacífico (PDO) Oscilación multidecadal del Atlántico (AMO) Oscilación del Atlántico norte (NAO)
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Variabilidad Tropical
Oscilación cuasi-bienal •
Oscilación de los vientos en la baja estratosfera ecuatorial (~30 hPa)
•
Periodo medio 28 meses (20-36 meses)
•
Vientos del este más intensos
•
La oscilación se propaga hacia abajo, superando los 100 hPa
•
La oscilación se detecta además en la temperatura rojo: hacia el este Azul hacia el oeste
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Variabilidad Tropical
Impacto de la Oscilación cuasi-bienal •
Favorece la ciclogénesis tropical reduciendo la cizalladura en altura
•
En el Atlántico, durante la fase del W (chorro subtropical del W)
•
En el Índico, durante la fase del E (chorro tropical del E)
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Variabilidad Tropical
Fuentes de variabilidad tropical • Intraestacional Oscilación de Madden-Julian (MJO) Ondas ecuatoriales
• Interanual El Niño/Oscilación del sur (ENSO) Oscilación cuasi-bienal (QBO)
• Decadal Oscilación decadal del Pacífico (PDO) Oscilación multidecadal del Atlántico (AMO) Oscilación del Atlántico norte (NAO)
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Variabilidad Tropical
Oscilación Decadal del Pacífico •
Periodo: 20-30 años
•
Correlado con ENSO
•
Máximo en invierno HN
•
Más intenso en el Pacífico Norte que en los trópicos
SST y esfuerzo de viento
Impactos •
Fase positiva: tiempo húmedo / Fase negativa: sequías persistentes (SW EEUU)
•
Pesquerías
•
Causas desconocidas La Antigua, 31 agosto - 11 septiembre 2015
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Variabilidad Tropical
Oscilación Multidecadal Atlántica •
SST y esfuerzo de viento
Periodo: 70-90 años (?)
Impactos •
Fase positiva:
•
menos lluvia en EEUU y SE sudamérica.
•
Más lluvia en Alaska, NW sudamérica, Europa y W África
•
Más actividad ciclónica
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Variabilidad Tropical
Oscilación Multidecadal Atlántica •
Periodo: 70-90 años (?)
Impactos •
Fase positiva:
•
menos lluvia en EEUU y SE sudamérica.
•
Más lluvia en Alaska, NW sudamérica, Europa y W África
•
Más actividad ciclónica
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Variabilidad Tropical
Oscilación del Atlántico Norte •
Refuerzo/debilitamiento de la baja de islandia y alta de Azores
•
Impacto principal en latitudes altas
•
¿Forzamiento tropical?
•
¿Conexión con el ENSO?
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Gracias por su atención.
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Bibliografía Libros: “Météorologie tropicale, des alizés au cyclone”, F. Beucher, Meteo France, 2010 (francés) “Fondamenteaux de météorologie”, S. Malardel, Cépadùes, 2005 (francés) “Introduction to dynamic meteorology”, Holton, Elsevier, 2004 (inglés) “Introduction to physical oceanography”, Stewart, 2005, (inglés)
Módulos COMET (registro gratuito) y otros recursos: “Introduction to tropical meteorology, 2nd Edition”, The COMET® Program, 2010 (1ª edición en español) “Hurricanes Strike!”, The COMET® Program, 2010 (versión en español) “Conceptual models of tropical waves”, The COMET® Program, 2006 (versión en español) “Ciclones tropicales, preguntas y respuestas”, OMM, 2011 “Weather in a tank (MIT)”, simulaciones atmosféricas en un tanque de agua. “Dundee Satellite Receiving Station”, acceso gratuito a un histórico de imágenes de satélite.
Artículos especializados: “The Quasi-Biennial Oscillation”, varios autores, Reviews of Geophysics, 2001 “Madden-Julian Oscillation”, Zhang, Reviews of Geophysics, 2005 “Quasi-geostrophic motions in the equatorial area”, Matsuno, 1966 “3D structure and dynamics of African easterly wave (part I)” / (part II) , Hall et al, 2006
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