Variabilidad Tropical

Ernesto Barrera [email protected]

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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Variabilidad Tropical

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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Variabilidad Tropical

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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Variabilidad Tropical

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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Variabilidad Tropical

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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Variabilidad Tropical

¿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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Variabilidad Tropical

¿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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Variabilidad Tropical

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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Variabilidad Tropical

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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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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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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Variabilidad Tropical

Monitorización / predicción de las ondas ecuatoriales



Kelvin



Skill ~ 5 días

[http link]

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Variabilidad Tropical

Monitorización / predicción de las ondas ecuatoriales



Rossby



Skill ~5 días

[http link]

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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

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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Variabilidad Tropical

El Niño / Oscilación del sur (ENSO)

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Variabilidad Tropical

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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Variabilidad Tropical

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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