Sistema de detección automatizada (objetiva) de la corriente en chorro troposférica en el hemisferio sur.

Algunas aplicaciones

David GallegoUniversidad Pablo de Olavide (Sevilla, España)

IntroducciónModelo conceptual: Dos grandes corrientes en chorro

por hemisferio

1. Chorro polar (PFJ)

2. Chorro subtropical (STJ)

• Transporte de calor y momento entre latitudes altas y bajas.

• Generador y modulador de sistemas sinópticos (anticiclones, borrascas)

Observación

La estructura a escala diaria es mucho más compleja que la estacional.

Promedio del viento zonal. Figura de Peixoto y Oort (1992)

15 de abril de 2002 promedio viento zonal (línea continua) e isotermas (línea discontinua)

Visión clásica: Promedios zonales del viento

Estructura de la corriente en chorro

•Estructura compleja

•Aparece y desaparece, puede haber ninguno, uno o dos (o más…)

•Habitualmente esta formada por “máximos de viento” aparentemente independientes

•Ocasionalmente se encuentran velocidades típicas del chorro sin ser parte del chorro

El desarrollo de un método automatizado de detección de la corriente en chorro troposférica no es trivial:

Objetivo• Generar una nueva climatología de la corriente en

chorro en el hemisferio sur.– Caracterizar el chorro “objetivamente”– Discernir, automáticamente, entre chorro polar y

subtropical– Poder conocer con precisión las características como:

• Velocidad• Forma• Localización

• Desarrollo de metodología que sea capaz de tener en cuenta esta complejidad

Método automatizado = compromisos

Buena representaciónespacial global

Buena representaciónespacial local

Baja resolucióntemporal

Alta resolucióntemporal

Utilización variables“indirectas” (VP)

Utilización variables“directas” (viento)

OBJETIVO:Generar una climatología de la corriente en chorro que permita estudiar las condiciones generales relacionadas con eventos a escala diaria (precipitación)

Algoritmo de detecciónCálculo de las líneas de corriente geostróficas (cerradas) y evaluación de la

velocidad media del viento (reanálisis NCEP-NCAR, hgt 200 hPa)

La velocidad media de cada línea de corriente se puede representar en

función de su latitud media “Función de distribución de la velocidad” (FDV)

La velocidad media de cada línea de corriente se puede representar en

función de su latitud media “Función de distribución de la velocidad” (FDV)

FDVFDV

Máximo (localización automática)

Máximo (localización automática)

Algoritmo de detección PFJ vs STJEnero Abril Julio

1958

1979

2002

La latitud 40ºS presenta un mínimo de

detecciones, y es un umbral

constante durante todo el año

Variabilidad interanual

La estructura y numero de corrientes en chorro muestra cierta variabilidad.

• Durante 1958 y 2002 el Chorro polar presenta discontinuidades hasta entrado agosto. Durante 1979 dicha corriente fue mucho más estable.

• El chorro subtropical muestra mayor estabilidad temporal.

Caracterización de los chorros

Latitud media

Descenso de la latitud media del chorro polar

Variabilidad interanual (evolución de los promedios anuales)

Velocidad media

“Zonalidad”

Polar más rápido (y hacia el polo)

El chorro subtropical aumenta la amplitud de sus oscilaciones

¿Influencia del modo

anular SAM?

¿Influencia de ENSO?

Caso típico de respuesta a AAO (Julio)

Polar. Más rápido con AAO>0

Subtropical. Más lento con AAO>0

Subtropical. Desviaciones de su trayectoria media muy escasa

Polar Desviaciones de su trayectoria media generalizadas hacia el sur con AAO>0. Aunque de magnitud moderada

Oscilaciones climáticas

Polar.

Subtropical.

Subtropical. Desviaciones de su trayectoria muy fuertes en el Pacífico

Polar Desviaciones muy significativas en el Pacífico

La propagación de anomalías hacia el este es limitada

Aportaciones de la nueva climatología

• Mejora de la resolución espacio-temporal de las corrientes en chorro.

• Estimación del numero de onda– ¿Mejora en la caracterización de los modos de

circulación en el Hemisferio Sur?• Conexión con anomalías climáticas locales:

Teleconexiones– Ocurrencia de precipitación en regiones de

Suramérica– Extensión de la cubierta de hielo Antártica –

teleconexión con precipitación en los Andes centrales• ¿Aplicación a los vórtices estratosféricos?

Mejora de la resolución

¿Cómo responde la metodología a situaciones complejas?

A pesar de que en el Hemisferio Sur la distribución continente-océano favorece la “zonalidad” de la corriente en chorro,

es posible encontrar asimetrías importantes.

En estudios previos (Orlansky, 1991) se identifica la corriente en chorro en el hemisferio sur se describe como “a

spiral in toward the pole”

Tomado de Orlanski, I, J Katzfey, C Menendez and M Marino (1991) Simulation of an extratropical cyclone in the Southern Hemisphere: Model sensitivity. . J Atmos Sci 48: 2293-2311

Mejora de la resolución

Estudios más recientes definen explícitamente el carácter dual de la corriente en chorro y su estacionalidad (en intensidad)

Tomado de Bals-Elsholz TM, EH Atallah, LF Bosart, TA Wasula, MJ Cempa, and AR Lupo (2001) The wintertime Southern Hemisphere split jet: Structure, variability, and evolution. J Climate 14: 4191-4215

Mejora de la resolución

Módulo de la velocidad media para septiembre de 1987

(Tomado de Orlansky et al. 1991)

Trayectorias individuales de las corrientes en chorro para el

mismo periodo (nueva metodología)

Cálculo del número de onda• Podemos calcular con precisión, el número

de onda que caracteriza a la circulación atmosférica diariamente.

Ciclo del índice

La caracterización de la circulación a escala hemisférica es esencial para comprender la dinámica atmosférica.

Las “teleconexiones” entre el clima de las regiones distantes se suelen explicar atendiendo a los cambios en la forma de la corriente en chorro.

Cálculo del número de onda

Descomponiendo la trayectoria de la corriente en chorro es serie de Fourier (mediante FFT) el máximo coeficiente indica el modo predominante de la oscilación.

FFT

Número de onda

•Chorro subtropical

•Nº de onda más frecuente 1. Seguido por el 5

•Débil señal estacional (salvo la ausencia de detecciones en EFM)

•Chorro polar

•Nº de onda más frecuente 1 seguido del 4 (EJM) o 3 (JAS).

•Fuerte señal estacional (durante la estación cálida el chorro polar presenta más ondulaciones).

Combinando la información

Corriente en chorro

Corriente en chorro

Anomalías de geopotencial

Anomalías de geopotencial

Cambios en los modos de oscilación

Cambios en los modos de oscilación

Anomalías de temperatura

Anomalías de temperatura

Anomalías de precipitación

Anomalías de precipitación

Los modos de oscilación se suelen manifestar como teleconexiones entre regiones distantes. Normalmente, la razón última de dichas conexiones suele recaer en los

cambios en la corriente en chorro.

La dificultad para definir la corriente en chorro ha dificultado construir climatologías objetivas y poner en perspectiva el papel que la corriente en

chorro juega en los patrones de teleconexión.

Influencia en la climatología local

• Existen pocas series de precipitación continuas en el Hemisferio Sur, especialmente en Iberoamérica.

• Prieto et al. (2000, 2001) reconstruyeron una serie de precipitación en forma de nieve sobre un punto clave de la cordillera Andina con una longitud sin precedentes.

Prieto, M.R., Herrera, R.G., Castrillejo, T. and Dussel, P.I., 2000: Variaciones climaticas recientes y disponibilidad hidrica en los Andes Centrales Argentino-Chilenos (1885-1996). El uso de datos periodisticos para reconstrucciones del clima. Meteorologica, 25Prieto, M.R., Herrera, R.G., Dussel, P.I., Gimeno, L., Ribera, P., Garcia-Herrera, R. and Hernandez, E., 2001: Interannual oscillations and trend of show occurrence in the Andes region since 1885. Australian Meteorological Magazine, 50, 164-168.

Precipitación en SudaméricaMediante la reconstrucción basada en registros de la frecuencia de nieve se ha conseguido una serie continua de número de días de precipitación sólida entre 1885 y 1996.

La altura del área de reconstrucción (Las Cuevas, Puente del Inca, Punta de Vacas y Polvaredas ) es superior a 3000m. Siendo las precipitaciones prácticamente siempre en forma sólida. No es esperable por tanto bias estacional.

La precipitación en dicha región es representativa de gran parte de la precipitación en Chile y Argentina (Vargas and Compagnucci, 1985 )

Área de reconstrucción.

Vargas, W. and R. Compagnucci. 1985: Relaciones del régimen de precipitación entre Santiago de Chile y las series de la región Cordillerana. Geoacta, 13(1), 81-93.

Cambios en la Corriente en chorro

Los cambios en la corriente en chorro que generan precipitación en Sudamérica son locales y afectan tanto a la posición como a la velocidad del chorro.

Chorro subtropical desplazado hacia el

norte y significativamente

más rápido durante episodios de precipitación

(Salvo en verano, la anomalía se

encuentra a lo largo de todo el año)

Anomalías de geopotencial relacionadas con la precipitación

1000 hPa

Estructura dipolar sobre el Pacífico Occidental. Anomalías significativas (p<0.01) con mínimos sobre Chile-Argentina y Máximos sobre una gran región centrada en el Estrecho de Magallanes.

AB

Cambios en la Corriente en chorro Relacion con el geopotencial

B

A

Durante los episodios de precipitación, las advecciones asociadas al dipolo de presión se corresponden con los cambios observados en la corriente en Chorro.

Sin embargo, la anomalía de la corriente en chorro asociada a cambios en la precipitación no parece propagarse de manera muy efectiva hacia el este (análogo al caso de ENSO)

Teleconexión antártica

• Rayner et al. 2003 han publicado datos de concentración mensual de hielo en el Hemisferio Sur con una cobertura global desde 1973 (base de datos HadISST1.1).

Rayner, N. A., D. E. Parker, E. B. Horton, C. K. Folland, L. V. Alexander, D. P. Rowell, E. C. Kent, and A. Kaplan (2003), 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.

Conexión con la cubierta de hielo antártica

En otoño se encuentra aumento de la cubierta de hielo durante años con mayor frecuencia de nieve al este de la Península Antártica y disminución al oeste.

Estratosfera

Durante los últimos años, se ha reconocido la importancia de los vórtices estratosféricos.

•Modulación de las concentraciones de ozono estratosférico.•Acoplamiento troposfera-estratosfera.

Estratosfera

• Esta metodología ha demostrado su eficiencia en la localización de los vórtices estratosféricos en ambos hemisferios.

Estratosfera

Distribución estacional (%) del número de onda del vórtice estratosférico (1958/2004–HN y 1979/2004-HS)

Temperatura interior al vórtice - tendencias

EOFs 1 y 2 (posición)

61% 13%

33% 19%

Conclusiones

• Desarrollo de nueva metodología– Fácil implementación– Localización muy precisa del chorro en latitud, velocidad, variabilidad interna, ondas.– Problemas en la representación de situaciones muy perturbadas (rupturas, estrangulamientos)

• Chorro subtropical en el Hemisferio Sur– El más intenso– Casi exclusivo de la estación fría– Muy estable en latitud– Fuertes variaciones en la posición y sobre todo el la velocidad asociadas a ENSO (¿limitación

al Pacífico?)• Chorro polar en el Hemisferio Sur

– No tan intenso– Se detecta durante todo el año– Marcadamente estacional en velocidad pero sobre todo en latitud– Fuertes variaciones asociadas al modo anular (SAM)

• Resultados asociados– Aplicación al análisis de la precipitación en gran parte de Suramérica

• Ejemplo: Frecuencia de nieve en los Andes Centrales.– Generalización a otros niveles

• Ejemplo: Vórtices estratosféricos.

FIN

¡Gracias!

Esquema completo del algoritmo de detección de la corriente en

chorro. Se incluyen los umbrales seleccionados.