variabilidad del anticiclón del pacífico sur y su relación con la

Universidad Austral de Chile
___________________________________________
Facultad de Ciencias
Escuela de Biología Marina
PROFESOR PATROCINANTE:
DR. JOSE GARCES VARGAS
INSTITUTO DE CIENCIAS MARINAS Y LIMNOLÓGICAS
PROFESORES INFORMANTES:
DR. RICARDO GIESECKE
INSTITUTO DE CIENCIAS MARINAS Y LIMNOLÓGICAS
DR. HUMBERTO GONZÁLEZ
INSTITUTO DE CIENCIAS MARINAS Y LIMNOLÓGICAS
“VARIABILIDAD DEL ANTICICLÓN DEL PACÍFICO SUR Y
SU RELACIÓN CON LA OSCILACIÓN DECADAL DEL PACÍFICO:
IMPLICANCIAS OCEANOGRÁFICAS A LO LARGO DE LA COSTA
CENTRO-NORTE DE CHILE”
Tesis de Grado presentada como parte de los requisitos
para optar al grado de licenciado en Biología Marina y Título de
Biólogo Marino.
SANTIAGO EDUARDO ANCAPICHÚN HERNÁNDEZ
VALDIVIA – CHILE
2012
2
Agradecimientos
Solo quería escribir ‘’Gracias’’ en esta sección, debido a que mi memoria es
pésima; no recuerdo muchas situaciones, ni personas que se desenvolvieron en ellas.
Pero creo que es necesario hacer el intento por ellas.
Ahora no le tomo el peso a la situación que estoy viviendo, siempre que creo que
el ‘’juego empieza’’ me doy cuenta que está siempre empezando. Es por ello que hoy,
como nunca lo he hecho, me doy un tiempo para recordar a aquellos que han estado y
estarán en mi camino para siempre, ayudándome a crecer tanto en el fondo como en la
forma de nuestra realidad humana. ¿Por qué digo que estarán para siempre?, porque si
bien las personas y las circunstancias pasan, el conocimiento y las lecciones de vida
entregadas, se quedan hasta el final de nuestros días.
No daré nombres, lo único que les puedo decir, es que siempre daré lo mejor de
mí para honrarlos.
Gracias por su amor, paciencia, respeto, tolerancia, comprensión, sinceridad,
consideración, persistencia, amistad, confianza y sabiduría.
3
Índice General
1. Resumen ............................................................................................................................ 6
1.1 Abstract ....................................................................................................................... 8
2. Introducción.................................................................................................................... 10
2.1 Hipótesis.................................................................................................................... 18
2.2 Objetivo general ...................................................................................................... 18
2.3 Objetivos específicos............................................................................................. 18
3. Material y Métodos........................................................................................................ 20
3.1 Descripción área de estudio ................................................................................ 20
3.2 Datos........................................................................................................................... 22
3.2.1 Información Meteorológica .……………………..………………………….…22
Presión del aire a nivel del mar ..................................................................................22
Vientos superficiales...................................................................................................223
Radiación de onda corta ..............................................................................................24
3.2.2Información Oceanográfica………………………………………………..……24
Información oceanográfica ..........................................................................................24
Temperatura Superficial del Mar ................................................................................24
Concentración superficial de clorofila-a ....................................................................25
Índice del Niño oceánico (INO)...................................................................................26
Índice de Oscilación Decadal del Pacífico (ODP)....................................................26
3.3 Metodología .............................................................................................................. 27
4. Resultados. ................................................................................................................... 300
4.1 Ciclo estacional del anticiclón del Pacífico Sur. .......................................... 300
4.2 Comportamiento interanual y decadal del anticiclón del Pacífico Sur y
su relación con la TSM a lo largo del centro-norte de Chile y el índice de ODP.... 322
4.2.3 Relación entre la ODP y la posición e intensidad del centro del anticiclón
del Pacífico Sur. ......................................................................................................................355
4.2.4 Relación entre la ODP y TSM de las costas chilenas. ...............................377
4.3 Impacto de la ODP sobre el ciclo estacional del anticiclón del Pacífico
Sur. .............................................................................................................................................. 388
4.4 Tendencias de la ODP y la TSM, radiación de onda corta, viento
meridional y concentración superficial de clorofila-a a lo largo de del centronorte de Chile. ............................................................................................................................ 40
4
4.5 Tendencia espacial de la TSM, esfuerzo del viento meridional,
radiación solar de onda corta y Concentración superficial de clorofila-a a lo
largo de la costa este del Pacífico sur en los últimos años. ......................................... 44
5.Discusión.......................................................................................................................... 48
5.1 Estado actual del Anticiclón del Pacífico sur.................................................. 48
5.2 Variabilidad de la posición e intensidad del anticiclón del Pacífico sur
y su relación con los ciclos interanuales y decadales.................................................... 49
5.3 Efectos de la Oscilación decadal sobre el anticiclón del Pacífico Sur y
la TSM a lo largo de la costa oeste de Sudamérica. ........................................................ 51
5.4 Variabilidad de las forzantes físicas y su efecto sobre la
concentración superficial de clorofila-a a lo largo de la costa centro-norte de
Chile. ............................................................................................................................................. 52
5.6 Conclusiones. .......................................................................................................... 55
6.Bibliografía ....................................................................................................................... 58
5
Índice de Figuras
Figura1..................................................................................................................11
Figura 2.................................................................................................................20
Figura 3.................................................................................................................30
Figura 4.................................................................................................................32
Figura 5.................................................................................................................33
Figura 6.................................................................................................................34
Figura 7.................................................................................................................35
Figura 8.................................................................................................................37
Figura 9.................................................................................................................38
Figura 10...............................................................................................................40
Figura 11...............................................................................................................43
Figura 12...............................................................................................................44
Figura 13...............................................................................................................46
Índice de Tablas
Tabla 1..................................................................................................................36
Tabla 2..................................................................................................................47
Lista de abreviaturas
Chl-a: Concentración superficial de Clorofila-a
ENOS: El Niño Oscilación del sur
FEO: Funciones Empíricas Ortogonales
MAS: Modo Anular del Hemisferio Sur
ODP: Oscilación Decadal del Pacífico
TSM: Temperatura superficial del mar
6
1. Resumen
El anticiclón del Pacífico sur se extiende sobre toda la cuenca oceánica del
Pacífico sur y es el forzante dominante del sistema de las corrientes de Humboldt. Este
anticiclón posee ciclos estacionales, interanuales e interdecadales. A este último ciclo
se denomina Oscilación decadal del Pacífico (ODP) y está directamente relacionada a
la oscilación interdecadal del Pacífico norte. Sin embargo, la mayoría de los estudios
oceanográficos enfocados a la variabilidad interdecadal se han centrado al hemisferio
norte, siendo muy escasos los realizados en el hemisferio sur. Así, a través de salidas
de modelos de reanálisis y datos satelitales de variables atmosféricas y oceanográficas
esta tesis se propuso establecer principalmente la relación existente entre el anticiclón
del Pacífico Sur y la ODP y sus repercusiones oceanográficas a lo largo de la costa
centro-norte de Chile. Para esto se analizó primeramente la variabilidad estacional e
interanual del anticiclón del Pacífico Sur. Así, se estableció que el centro del anticiclón
del Pacífico Sur a escala estacional alcanza su posición más cercana al ecuador (polo)
en invierno (verano) ubicándose aproximadamente en 25ºS (36ºS). Sin embargo, su
intensidad es mayor (menor) en primavera (otoño). A escala interanual se estableció
que la principal fuente de variabilidad fue ENOS. Así, cuando ENOS estuvo en su fase
positiva (negativa) el anticiclón se debilitó (fortaleció). La escala interdecadal fue
relacionada con la ODP y el modo anular del Hemisferio Sur. La primera explicó la
mayor parte de la varianza y ambos produjeron cambios parecidos a los causados por
ENOS en la fase cálida y fría.
El índice de la ODP mostró una estrecha relación
positiva con la temperatura superficial del mar (TSM) sobre la costa centro-norte de
7
Chile. Se detectó que el centro del anticiclón se intensificó y se trasladó hacia el sur
entre 1982 y 2010. Igualmente, se estableció que durante ese periodo a lo largo de la
costa centro-norte de Chile la intensidad del centro anticiclón se correlacionó
inversamente con la TSM que se encontraba disminuyendo. Esto permitió establecer
una estrecha relación entre la intensidad del anticiclón del Pacífico Sur y el aumento de
los vientos meridionales, radiación solar y el consecuente aumento de la concentración
de clorofila a en los últimos 10 años a lo largo de la costa del centro-norte de Chile,
especialmente entre los 25ºS y 36ºS.
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Abstract
The anticyclone of the South Pacific extends over the entire South Pacific oceanic
basin and is the dominant force in the Humboldt Current System. This anticyclone has
seasonal, interanual and interdecadal cycles. The interdecadal cycle is known as the
Pacific Decadal Oscillation (PDO) and is directly related with the interdecadal oscillation
of the North Pacific. However, the majority of studies are centered in the interdecadal
variability on the northern hemisphere with scarce studies of the southern hemisphere.
This thesis proposes a relationship between the anticyclone of the South Pacific and the
PDO, through reanalysis models and satellite data of atmospheric and oceanographic
variables, analyzing the oceanographic repercussions along the coast of central-north
Chile. To achieve this, interseasonal and interanual variability of the South Pacific
anticyclone was analyzed. The results this study, show a seasonal oscillation of the
center of the South Pacific anticyclone, reaching it southernmost position during summer
(36˚S) while during winter its position moves equatorward up to 25˚S. However, it
reaches higher (lower) strength during Spring (Fall). At an interanual scale, it has been
established that the El Niño South Oscillation (ENSO) was principal source of variation.
When ENSO was in positive phase (negative) the anticyclone weakened (strengthened).
On the other hand the interdecadal variability was primary linked to the PDO and the
Southern Annular Mode (SAM). The first explained majority of variance and both
produce similar changes those to the caused by ENSO in the warm and cold phase. The
PDO index showed a positive relationship between the Sea Surface Temperature (SST)
along the coast of central-north Chile. Between 1982 and 2010 a significant
9
intensification and southward displacement of the center of the anticyclone was
detected. During this period the intensity of the center of the anticyclone in central-north
Chile was inversely correlated with the SST. This decrease in coastal SST during the
last three decades were coupled with the increase in intensity of the South Pacific
anticyclone and increase in southerly winds and solar radiation and consequent increase
in the chlorophyll-a concentration in the last 10 years along the coast of central-north
Chile, especially within 25˚S and 36˚S.
10
2. Introducción
A través del estudio de presiones y vientos se pueden identificar en el océano
centros de alta y baja presión correspondiendo en el hemisferio sur a vientos que giran
en contra de
las manecillas del reloj y a favor de las manecillas del reloj,
respectivamente. A estos centros se les llama anticiclones (altas presiones) y ciclones
(bajas presiones) y se caracterizan por modular los grandes giros subtropicales en las
cuencas oceánicas del globo. Los anticiclones (ciclones) se caracterizan por ser zonas
de convergencia (divergencia) debido al transporte de Ekman que dirige las aguas hacia
dentro (afuera), incrementando (disminuyendo) el nivel del mar y empujando la
termoclina a profundidades mayores (menores).
El océano Pacífico posee 2 grandes anticiclones: anticiclón del Pacífico norte y
anticiclón del Pacífico sur. El anticiclón del Pacífico sur se extiende sobre toda la
cuenca oceánica del Pacífico sur y es el forzante dominante del sistema de las
corrientes que
aquí se encuentran, i.e. corriente de Humboldt llamada también
corriente Perú-Chile, corriente del Pacífico Sur llamada también corriente de la Deriva
del Oeste, corriente ecuatorial del sur y corriente australiana oriental (Figura 1). El
anticiclón del Pacífico sur se caracteriza por presiones atmosféricas relativamente altas
(mayores 1020 milibares en promedio) a diferencia de los ciclones como los huracanes
en donde las presiones pueden llegar a ser menores a 1010 milibares (Otkin et al.,
2004).
11
CES
H
CH
CPS
Figura 1. Elipses de varianza de la velocidad entre 1993 y 2005 (sin considerar
el episodio de El Niño entre julio de 1997 a junio de 1998). La escala de la elipse tiene
un eje mayor de 200 cm2 s-2 y un eje menor de 100 cm2 s-2 y es rotado 90º desde el
norte y se muestra en la esquina superior derecha. Vectores de velocidad media
anuales se representan como vectores rojos. Un vector de referencia se muestra en la
esquina superior derecha. Al oeste de 120º W, las elipses y los vectores se muestran
cada 2º de latitud por 3º longitud y el resto cada 2º x 2º. Se destacan las corrientes
principales: CES, corriente ecuatorial del sur; CH, corriente de Humboldt; CPS, corriente
del Pacífico Sur. La H representa el centro del anticiclón del Pacífico sur. (Fuente:
Modificado de Fuenzalida et al., 2008).
12
El anticiclón del Pacífico sur posee ciclos estacionales, inter-anuales e interdecadales. Sin embargo, algunos autores señalan que posee un ciclo más, cuya
intensidad y ubicación latitudinal varía cada 85 años aproximadamente (Vershoyskii et
al., 2007). Además, a través de proxies se ha observado que el anticiclón presenta
ciclos a mayores escalas temporales, superiores a milenios (Lamy y Kaiser, 2009).
A escala estacional durante el verano, el anticiclón es más intenso en las costas
del centro-sur de Chile (aproximadamente en los 35ºS) mientras que en invierno se
hace más intenso en las costas de Perú aproximadamente en los 30ºS (Taljaard, 1972).
Específicamente en las costas de Perú durante el invierno los vientos favorables
a la surgencia (hacia el norte) incrementan su velocidad respecto al verano. Este viento
paralelo a la costa advecta aguas hacia el norte y además ocasiona un transporte de
Ekman costa afuera, con el consecuente afloramiento de aguas provenientes de
estratos más profundos (Croquette et al., 2004). El transporte de Ekman está
directamente relacionado a la intensidad de los vientos y su dirección. Por lo tanto, se
genera un patrón estacional, en donde a una mayor intensidad del viento proveniente
del sur en las costas de Perú y Chile, la intensidad de la surgencia va a ser mayor,
promoviendo el desarrollo de florecimientos algales, lo que se refleja en un sustancial
incremento de la concentración superficial de clorofila-a (Thomas, 1999). Este patrón
estacional de vientos se hace más acentuado hacia el sur. Entre los 18-28ºS existe una
baja variabilidad estacional (Pizarro et al., 1994) mientras que entre los 30-40ºS la
mayor variabilidad estacional promueve procesos de hundimiento durante la época de
invierno (vientos hacia el sur) (Garreaud y Muñoz, 2005; Sobarzo et al., 2007).
13
Al intensificarse el anticiclón, sus condiciones climatológicas también lo hacen.
La presencia de un anticiclón fortalecido disminuye la probabilidad de precipitaciones, y
trae como efecto un aumento en la radiación solar en superficie a lo largo de las costas
de Chile (Falvey y Garreaud, 2007). Al aumentar el viento proveniente del sur, se
produce un mayor transporte de aguas provenientes del polo y a su vez una mayor
ocurrencia de surgencia (debido al transporte de Ekman cerca de la costa) (Croquette et
al., 2004). La surgencia combinada con la fuerte radiación solar, dan como resultado
las condiciones idóneas para el afloramiento fitoplanctónico (Teira et al., 2004). Es por
ello que en verano en latitudes medias cuando coincide una fuerte radiación con vientos
provenientes del sur de gran magnitud, se generan afloramientos fitoplanctónicos
superiores a los 60 mg m-3 a lo largo de la costa centro-sur de Chile (Thiel et al., 2007).
Por el contrario, al debilitarse el anticiclón, los vientos provenientes del sur decrecen en
magnitud, la ocurrencia del transporte de Ekman se hace más escasa y la capa de
mezcla se hace más somera, lo que provoca que los nutrientes no se aprovechen al
máximo; como resultado se presentará un menor florecimiento fitoplanctónico.
Con respecto a la variabilidad interanual El Niño Oscilación del Sur (ENOS, 3 a 8
años) afecta directamente los vientos y corrientes, del Pacífico central y las aguas
adyacentes a las costas de América sudoccidental, modificando sus temperaturas e
intensidades (Thiel et al., 2007). Durante la fase cálida de ENOS (El Niño) la intensidad
del anticiclón del Pacífico sur disminuye, advectando aguas del ecuador hacia latitudes
medias, calentando las aguas superficiales costeras, disminuyendo el bombeo de
Ekman hasta 4 veces en comparación a años normales (Croquette et al., 2004) e
induciendo una profundización de la termoclina, aumentando la estratificación (Halpern,
14
2002). Durante la fase fría de ENOS (La Niña) la intensidad del anticiclón del Pacífico
sur aumenta y ocurre una mayor advección de aguas frías de latitudes medias hacia el
ecuador, disminuyendo la temperatura de las aguas superficiales al igual que la
estratificación, facilitando la exportación de nutrientes desde el fondo hacia la superficie.
Con respecto a los ciclos inter-decadales, se conocen varios: Oscilación
Interdecadal del Pacífico (OIP) y oscilación decadal del Pacífico (ODP) entre otros. La
ODP fue descubierta por Mantua et al. (1997) a través de una amplia variedad de
observaciones históricas y gracias a la implementación de modelos matemáticos. Ellos
detectaron una relación directa entre las variaciones en la biomasa de algunas especies
de salmones con el componente principal de la segunda fuente de varianza de un
análisis de funciones empíricas ortogonales (FEO) de la zona que comprende los 20º
norte hacia el ártico y que actualmente se usa como índice de la ODP. Este trabajo dejó
en evidencia la influencia directa de las fluctuaciones océano-atmosféricas sobre
diversas especies de animales de aguas continentales. Esta oscilación tiene un periodo
entre 20 y 30 años y afecta las aguas y los vientos del Pacífico norte y sur. Durante su
fase fría, el anticiclón del hemisferio norte intensifica la magnitud de sus vientos, lo que
genera en el este del Pacífico Norte una advección de aguas frías provenientes del polo
hacia latitudes medias. Por el contrario, en el oeste del Pacífico Norte se genera una
advección de aguas cálidas del ecuador hacia latitudes medias. Durante la fase cálida
ocurre el proceso inverso, se debilitan los vientos anticiclónicos ocasionando que en el
Pacífico este se produzca la advección de aguas ecuatoriales hacia latitudes medias
debido a la diferencia de altura del nivel del mar entre el ecuador y el trópico de cáncer.
15
Además se genera un estancamiento de las aguas polares, lo que provoca una mayor
estratificación y aumento de las temperaturas, siendo esto desfavorable para la
producción primaria (Strub y James, 2002). Al igual que en el ENOS, durante la fase
fría, la ODP se caracteriza por un ascenso de la termoclina y oxiclina en el Pacífico
Oriental y una disminución en la estratificación; mientras que sucede lo contrario
durante la fase cálida. Sin embargo, la variabilidad relacionada a ENOS decrece hacia
los polos, a diferencia de la variabilidad interdecadal que se incrementa hacia las zonas
subtropicales y latitudes medias (Montecinos et al., 2003).
Hayward (1997) utilizando información de las anomalías oceánicas del Pacífico
Norte desde 1970 a 1995, analizó los cambios en los patrones físico-químicos y
biológicos que se presentaron durante las 3 décadas señaladas. Él observó que la
producción primaria de las latitudes medias había disminuido y presume que se debió al
calentamiento de los estratos superiores de la columna de agua (fase cálida de la
ODP). Además, como consecuencia de una mayor estratificación, se redujo
notablemente la capacidad de exportación vertical de nutrientes. No obstante, la zona
del límite de la mínima de oxígeno se hizo más profunda (Montecino et al, 2006).
Algunas especies fueron afectadas positivamente por ésta fluctuación ambiental, como
es el caso de Sardinosp sagax, Merluccius gayi y pinnípedos, que aumentaron su
biomasa de 1970 a 1995; mientras que otras especies fueron afectadas de forma
negativa, como las aves guaneras, el zooplancton y la anchoveta (Hayward, 1997).
En el giro del Pacífico Norte se estableció que entre 1990 y el 2000, el anticiclón
se debilitó con la consecuente disminución de los vientos. Por lo tanto, provocando en
16
el Pacífico nororiental que las aguas propias del ecuador fueran advectadas a latitudes
medias, como resultado, las temperaturas propias de la corriente de California
aumentaron, lo que trajo consigo una profundización de la termoclina (Mesta-Nuñez y
Miller, 2006).
Estudios enfocados a variables físicas realizados a escala regional en la cuenca
del Pacífico muestran que en el ecuador entre los 9°N y 9°S entre 1970 y 1999 la
temperatura aumentó en 0,8 °C y la surgencia dismin uyó en un 25%, debido a la fase
cálida de la ODP (McPhaden y Zhang, 2002), la que se inició en 1977 (Garreaud y
Battisti, 1999).
Un estudio más reciente que abarca la cuenca del Pacífico Sur, muestra un
incremento de las temperaturas superficiales en el Pacífico oeste (costa Australiana) y
una disminución en el Pacífico este (costa peruana) entre 1993 y 2003 (Schneider et
al.2007). Al mismo tiempo, se observa un aumento sostenido del nivel del mar en el
oeste y una disminución en el este, debido a la intensificación del giro subtropical, lo
cual debiera estar relacionado con cambios en el anticiclón.
Análisis en las costas del Pacífico sur indican que la variabilidad interdecadal que
se da en el margen oriental de Sudamérica, está directamente relacionada a la
oscilación interdecadal del Pacífico norte, presentando una variabilidad de temperaturas
de ± 0,2 °C a lo largo de las costas de Chile y Per ú (Montecinos et al. 2003). En cambio,
ENOS presenta una variabilidad de temperaturas mayores a ± 0,3 °C. Al igual que la
17
TSM, la termoclina en las regiones costeras de América occidental presentó cambios en
su profundidad, registrándose variaciones a escala interdecadal de 1,1 metros con
datos obtenidos entre 1955 y 2002 (Pizarro y Montecinos, 2004).
La mayoría de los estudios oceanográficos enfocados a la variabilidad
interdecadal se han centrado al hemisferio norte, siendo muy escasos los realizados en
el hemisferio sur. Además, particularmente es más difícil poder de cuantificar a nivel
físico, químico y biológico debido a que su fluctuación es mucho más larga que el
ENOS, siendo necesario una mayor cantidad de observaciones. A pesar de esto, a la
luz de nuevas observaciones y salidas de modelos globales con una resolución
temporal y espacial mucho más amplia, esta tesis se enmarca en establecer
principalmente los cambios del anticiclón del Pacífico sur a escala interdecadal su
relación con la ODP y sus efectos oceanográficos a lo largo de las costas del centro y
norte de Chile. Para lograr esto, primeramente se exploró la variabilidad estacional,
interanual del anticiclón del Pacífico Sur.
18
2.1 Hipótesis
La oscilación decadal del Pacífico (ODP) se encuentra actualmente en su fase
fría. Por lo tanto, los vientos a lo largo de la costa del centro y norte de Chile (desde
centro sur hasta norte) se están intensificando y con ello está aumentando el transporte
de Ekman y la advección de aguas frías provenientes del sur, con el consecuente
aumento de la productividad primaria.
2.2 Objetivo general
Estudiar el comportamiento del anticiclón del Pacífico sur y su efecto sobre las
condiciones oceanográficas físicas y meteorológicas a lo largo de la costa centro y norte
de Chile.
2.3 Objetivos específicos
1. Establecer la intensidad y ubicación del Anticiclón del Pacífico sur a escala
estacional, interanual y decadal durante los últimos 62 años.
2. Determinar los ciclos inter-anuales e inter-decadales que se presentan en el
anticiclón del Pacífico sur y correlacionarlos con sus respectivos índices.
3. Evaluar la correlación entre ODP, temperatura superficial del mar (TSM) y el
desplazamiento, ubicación e intensidad del anticiclón del Pacífico sur.
19
4. Describir la variabilidad mensual de la concentración superficial de clorofila-a
satelital (Chl-a), radiación de onda corta, esfuerzo del viento meridional y TSM a lo largo
de la costa centro y norte de Chile en los últimos 10 años.
5. Determinar los patrones espacio-temporales de la TSM y Chl-a a lo largo de la
costa centro y norte de Chile y su relación con la ODP.
20
3. Material y métodos.
3.1 Descripción área de estudio
Figura 2. Climatología anual de la presión del aire (Hpa) a nivel del mar del área de
estudio.
El área de estudio se centra en el océano Pacífico sur oriental, entre 10ºS-50ºS y
130ºW y la costa (figura 2). En esta área se ubica gran parte del anticiclón del Pacífico
sur incluido su centro, que esta aproximadamente entre los 33,5°S en verano y 29,5°S
en invierno (Batten et al., 1995). A lo largo de la costa de Chile y Perú se encuentra el
sistema de corrientes de Humboldt, abarcando las zonas cercanas a la costa entre 5°S
y 45°S aproximadamente, es decir, limitada en el no rte por la zona de convergencia
intertropical y por el sur, cerca de los 43ºS, por la zona de fiordos australes (Fuenzalida
21
et al., 2008). Éste sistema de corrientes está constituido por masas de aguas que
poseen propiedades distintas, de temperatura y salinidad. Una de las principales
corrientes que aquí se encuentra, es la corriente superficial de Humboldt, que se
caracteriza por tener altas velocidades mayores a 10 cm s-1 en periodos de alta
surgencia (Strub et al., 1998). Además presenta temperaturas superficiales de 13°C
promedio y salinidades de 34 (Atkinson et al., 2002). Esta corriente es de gran
importancia en el proceso de transporte de aguas frías del polo sur hacia el ecuador.
Otra corriente preponderante en este sistema es la corriente Ecuatorial Subsuperficial caracterizada por ubicarse aproximadamente bajo los 100 metros de
profundidad (varía dependiendo de la latitud), presentando dirección hacia el polo, con
temperaturas bajas de hasta 11°C y salinidades de a proximadamente 34,5 (Strub et al.,
1998). Cabe destacar que estas aguas son ricas en nutrientes y pobres en oxígeno
disuelto (menores a 4 ml/L) (Strub et al., 1998) a diferencia de la corriente superficial de
Humboldt, que se caracteriza por ser pobre en nutrientes y ricas en oxígeno. Las masas
de agua de la corriente Ecuatorial Subsuperficial son las que emergen cuando se
presentan principalmente vientos con dirección sur-norte (Strub et al., 1995; Silva y
Neshyba, 1979; Huyer et al., 1991a y Shaffer et al., 1997).
Estas corrientes forman parte del gran giro oceánico que se encuentra en el
Pacífico sur e interconecta las aguas del ecuador, Australia, la Antártica y América del
sur oeste (figura 1).
Normalmente la costa chilena presenta medias anuales de temperaturas
superficiales bajas cerca de la costa, acompañadas de valores altos valores de Chl-a
22
(Letelier et al., 2009). Estos valores cambian progresivamente a medida que el lugar de
muestreo se aleja de la costa, aumentando sus temperaturas y disminuyendo sus
valores de Chl-a.
3.2 Datos
Para realizar el
presente estudio se utilizó información meteorológica
correspondiente a presión del aire a nivel del mar, magnitud y dirección de vientos
superficiales y radiación de onda corta. Además, información oceanográfica
correspondiente a TSM y Chl-a y tres índices; uno que indica las fases de la ODP, otro
las fases del Modo anular del sur (MAS) y por último el índice ONI que nos indica la
fase de ENOS. En todas las bases de datos mencionadas se usó información mensual
o diaria entre 1999 y 2010; a excepción de presión y TSM, en donde se utilizaron datos
entre 1949-2010 y 1982-2010, respectivamente. Los datos que fueron diarios se
promediaron mensualmente. La información utilizada se detalla a continuación.
3.2.1 Información meteorológica
Presión del aire a nivel del mar
Los datos de las presiones atmosféricas corresponden al área entre 10ºS y 50ºS
y de 130ºW y la costa (figura 2). Los datos mensuales de presión atmosférica fueron
obtenidos de http://iridl.ldeo.columbia.edu/, mediciones que son obtenidas por el US
23
Weather Service-National Meteorological Center a través del procesamiento de
reanálisis ''NCEP/NCAR Reanalysis System''. Los datos provienen de un modelo de
reanálisis con 28 niveles verticales en atmósfera. Este modelo consiste en un modelo
físico sometido a reajustes, a través de la comparación con datos in situ y satelitales de
temperatura, vientos, presión, etc. (Kalnay et al., 1996). El modelo es sometido a
reajustes permanentemente, para que la interpolación de los datos sea lo más exacta
posible. Como resultado de este reanálisis se obtienen imágenes de presión de
resolución de 2,5 grados.
Vientos superficiales
La magnitud y dirección de los vientos mensuales corresponden a la misma área
de las presiones y corresponden al producto desarrollado por el IFREMER
(ftp://ftp.ifremer.fr/ifremer/cersat/products/gridded/mwf-quikscat).
Este
producto
corresponde a un nivel de procesamiento L3 (i.e. interpolados a una misma resolución
espacial y temporal) con una resolución espacial de aproximadamente 50 km. Este
producto es obtenido del escaterómetro SeaWind a bordo del satélite QuickSCAT
(Piolle y Bentamy, 2002). Además se utilizó el producto denominado rotor del viento, el
cual expresa la rotación de una columna vertical de aire que experimentarían en un
campo de viento que varía en el espacio (Kessler, 2006). El rotor del viento se expresa
como:
Curl( ) =
/x-
/ y,
24
Donde las componentes de vector del esfuerzo del viento ( ) son
(zonal) y
(meridional). Siendo x e y la distancia zonal y meridional de cada vector de esfuerzo.
Radiación de onda corta
Los datos mensuales de radiación de onda corta que llegan a la superficie
corresponden al área de la costa centro-norte de Chile entre 10,25 y 50,25 ºS a lo largo
de los 100 kilómetros de océano más cercanos a la zona costera; obtenidos de
''ftp://ftp.whoi.edu/pub/science/oaflux/data_v3/monthly/radiation_1983-2009/''
desarrollados por International Satellite Cloud Climatology Project (Zhang et al., 2004).
Estos datos provienen de un modelo de mediciones satelitales global que toma en
cuenta los factores atmosféricos, nubosidad y superficie y con ello genera el producto
de radiación de onda corta. Se utilizó el producto distribuido por el proyecto Objectively
Analyzed Air-sea Fluxes (Yu y Weller, 2007) entre 1983 y 2009 con una resolución de 1
grado.
3.2.2 Información oceanográfica
Temperatura Superficial del Mar
La información diaria de temperatura superficial del mar (TSM) corresponde a la
misma área obtenida de la radiación de onda corta. Estos datos fueron obtenidos de
25
NOAA/NESDIS
(http://www.star.nesdis.noaa.gov/sod/sst/index.php)
y
consiste
en
información de una resolución espacial de 25 km x 25 km. procesada mediante
interpolación óptima (IO). Ellos se derivan del sensor “Advanced Very High Resolution
Radiometer (AVHRR) y Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR)” e
información in-situ procedente de barcos y boyas con las cuales se corrige sus sesgos.
Este producto combinado muestra los mejores resultados en su resolución espacial y
temporal que anteriores productos semanales que usaron IO (Reynolds et al., 2007).
Asimismo, este producto es mejor que aquel basado sólo en AVHRR ya que puede
reducir las desviaciones sistemáticas porque sus características de error son
independientes (Reynolds et al., 2007).
Concentración superficial de clorofila-a
La Chl-a mensual se obtuvo para la misma área de la TSM y corresponde al
producto
desarrollado
por
Ocean
Biology
Processing
Group
de
la
NASA
(http://oceancolor .gsfc.nasa.gov/) con un nivel de procesamiento L3 de una resolución
espacial de 9 km. Este producto es derivado de niveles inferiores de procesamiento (L1,
L2) procedentes del sensor Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a
bordo del satélite Aqua (Savtchenko et al., 2004).
26
Índice El Niño oceánico (INO)
El INO se construye a partir de datos extraídos del modelo ERSST.v3b obtenidos
de ''http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml''. El
INO se basa en las anomalías de la TSM promedio de la región del Niño 3,4 (5ºN-5ºS,
120º-170ºW) y es la principal medida para el seguimiento, evaluación y predicción de
ENOS. Se define como la media móvil de 3 meses de las anomalías de TSM en la
región Niño 3,4.
Índice de Oscilación Decadal del Pacífico (ODP)
El índice de ODP se obtuvo de ”http://jisao.washington.edu/pdo/ PDO.latest”.
Este índice consiste en la estandarización de los valores derivados de un análisis de
componentes principales de las anomalías de TSM en el Pacífico del norte, desde los
20 ºN hasta el polo. Las medias mensuales globales de las anomalías de TSM son
removidas para evitar el efecto de un posible calentamiento global. La base de datos las
provee UKMO (United Kingdom Meteorological Office) (Parker et al.,1994) entre 1900 y
1981, Optimally Interpolated (OI) SST version 1 (Reynolds y Smith,1994) entre 1982 y
2001 y posteriormente OI SST version 2 (Reynolds et al., 2007) entre 2002 hasta el
presente.
27
Índice del Modo Anular del Hemisferio Sur (MAS)
El índice MAS también llamado Oscilación Antártica (OAA), se obtiene de la
diferencia de presiones entre las latitudes ubicadas entre los 40ºS y 65ºS. El índice
usado en la presente investigación corresponde al calculado por Marshall (2003)
obtenido en ''http://www.nerc-bas.ac.uk/icd/gjma/sam.html'', quien utilizó estaciones
específicas para realizar la diferencia entre presiones, además obtuvo datos del NCEPNCAP y del modelo de re análisis ERA-15 y ERA-40, los mismos comparó con datos in
situ. Existen muchos índices que cuantifican el MAS, no obstante se utilizó el descrito,
ya que debido al procesamiento realizado nos parece el más robusto.
3.3 Metodología
Se realizaron climatologías estacionales del anticiclón, en las cuales no se
tomaron en consideración los años de fase cálida y los años de fase fría de la ODP
señalados por Garreaud y Battisti (1999). A partir de esto se establecieron los distintos
comportamientos del anticiclón, i.e. intensidad y posición.
Para establecer la ubicación geográfica mensual del anticiclón del Pacífico sur se
utilizaron las presiones del aire y el rotor del viento. El valor máximo mensual de las
presiones y del rotor del viento permitió identificar el centro del anticiclón así como su
comportamiento temporal.
28
Para obtener las series interdecadales de presión del aire a nivel del mar en
cada uno de los puntos de grilla (campos de datos) se restó su respectiva tendencia
anual y luego se aplicó dos veces un promedio móvil de 7 años. Para obtener las series
interanuales se restó las series sin tendencia anual menos las series interdecadales. En
una investigación similar, ambos procedimientos fueron realizados por Montecinos et al,
(2003). Después de estos procesos, el periodo de las series interanuales e
interdecadales se redujeron a 1953-2008 y 1955-2004, respectivamente.
Se establecieron tendencias de la TSM, radiación de onda corta, vientos
meridionales y Chl-a, con los promedios anuales de la costa centro-norte de Chile.
Posteriormente se realizó una regresión lineal de Spearman entre estas variables y se
las comparó. Además, se estableció un análisis de tendencia espacial de la TSM, Chl-a,
radiación de onda corta y esfuerzo del viento meridional para identificar las zonas
mayormente afectada por el anticiclón.
Hay que hacer notar que debido a la falta de datos de Chl-a, para la obtención de
su tendencia espacial sólo se utilizaron los meses de enero, julio y octubre. Además,
antes de realizar el análisis de tendencias lineales se interpolaron linealmente 9 meses
de los 144 totales.
Para las presiones del aire a nivel del mar se utilizó las FEO (Funciones
Empíricas Ortogonales). Esta técnica se utiliza para medir la variación en el tiempo de
una sola variable escalar. Generalmente en su aplicación se puede obtener varios tipos
de análisis de datos: la variabilidad espacial a través del tiempo, series de tiempo de un
29
punto seleccionado, etc. Dependiendo de la variable y escala que se quiera estudiar, el
FEO se puede aplicar a datos diarios, semanales, mensuales, anuales e interdecadales.
El FEO distingue los patrones de cada irregularidad de la variable (a través del tiempo)
y las ordena, de la más representativa a la más irrelevante. Como resultado del
procesamiento de las FEO se tienen dos matrices, una de componentes principales y la
otra de auto-valores. La matriz de componentes principales entrega una línea de tiempo
que muestra la oscilación de la variable y la matriz de auto-valores que permitirá
generar una imagen en el espacio (latitud y longitud) de la variabilidad, a través del
tiempo de la variable a estudiar.
Para realizar el análisis FEO se requiere eliminar la media. Este proceso se
realiza calculando un valor promedio de toda la matriz (o cada una de ellas) y
posteriormente se restan de los valores propios de todo el campo. Así se puede obtener
los cambios de nuestra variable a través del espacio, que puede ser positiva o negativa
(Björnsson et al., 1997). Posteriormente se realiza el procesamiento de los datos, cuya
resultante, además de establecer los cambios a través del espacio, también obtiene la
variabilidad a través del tiempo (Venegas, 2001).
30
4. Resultados.
4.1 Ciclo estacional del anticiclón del Pacífico Sur.
Figura 3: (a) Climatología estacional de presión del aire (Hpa, color) a nivel de
mar y vectores de esfuerzo del viento (Pa) entre el 2000 y 2009. Verano (Enero,
Febrero y Marzo), Otoño (Abril, Mayo y Junio), Invierno (Julio, Agosto y Septiembre) y
Primavera (Octubre, Noviembre y Diciembre). (b) Climatología mensual de la posición
latitudinal del centro del anticiclón (2000-2009).
31
El comportamiento estacional del anticiclón del Pacífico sur es presentado a
través de la climatología de la presión del aire a nivel del mar y vectores del esfuerzo
del viento (Figura 3a). En primavera se observa que el esfuerzo del viento promedio es
mayor en relación a las demás estaciones del año. Del mismo modo, las presiones
alcanzadas en invierno y primavera son de mayor intensidad que las de verano. Por
otro lado, otoño es la estación que posee las presiones más débiles, en donde los
valores mayores a los 1020 Hpa ocupa un área muy pequeña, sin encontrarse datos
superiores o iguales a los 1021 Hpa. A su vez, el centro del anticiclón del Pacífico sur
se ubica en distintas latitudes a lo largo del año,
desplazándose sobre 8 grados
aproximadamente (Figura 3b). Aquel desplazamiento latitudinal alcanza su posición
más cercana al ecuador en invierno, específicamente en junio, ubicándose en 25ºS. En
cambio, en los meses de verano, específicamente en marzo, alcanza su posición más
cercana al polo, 34ºS aproximadamente.
Adicionalmente al anticiclón del Pacífico sur, se puede distinguir otro centro de
alta presión que se forma en los meses de otoño e invierno y se debilita casi en 5 Hpa
en los meses de primavera y verano (Figura 3a). Este pequeño centro de alta presión
presenta una estacionalidad aún más marcada que el centro de alta presión del Pacífico
sur debido a que nace sobre el continente. Originalmente se denomina centro de Alta
Boliviano y su formación y modulación son esencialmente termales (Schwerdtfeger,
1961; Gutman y Schwerdtfeger, 1965).
32
4.2 Comportamiento interanual y decadal del anticiclón del Pacífico
Sur y su relación con la TSM a lo largo del centro-norte de Chile
y el índice de ODP.
4.2.1 Oscilación interanual del anticiclón.
Figura 4: (a) Primer modo espacial del análisis de FEO realizado al campo
interanual de presiones del aire a nivel del mar y (b) su respectivo componente temporal
(PC1, azul) junto al INO (verde).
El primer modo temporal del análisis de FEO realizado al campo de presiones
interanuales, presentó directa relación con el INO (figura 4b). Por lo tanto, la principal
fuente de variabilidad interanual sobre esta área es ENOS, que explicó el 49,7% de la
varianza. Cuando ENOS se encuentra en fase positiva, las presiones del centro
disminuyen; ocurriendo el proceso inverso cuando ENOS estuvo en fase negativa.
33
ENOS en el campo de presiones del aire a nivel del mar afectó principalmente a zonas
oceánicas, localizadas cercanas (al suroeste) del centro del anticiclón (figura 4a).
4.2.2 Oscilaciones decadales del anticiclón.
Figura 5: (a) Primer modo espacial del análisis de FEO realizado al campo
decadal de presiones del aire a nivel del mar y (b) su respectivo componente temporal
(PC1, azul) junto al índice de ODP (verde).
El primer modo temporal del análisis de FEO realizado al campo de presiones
decadales, presentó una directa relación con el índice de la ODP (figura 5b), es decir, la
34
principal fuente de variabilidad interdecadal sobre esta área es la ODP, explicando el
48,2% de la varianza. A pesar de que el primer modo fue el resultado de un suavizado
de los campos de presión, éste presentó un coeficiente de correlación de 0,60 (P ≤
0,000006) con la ODP. Cuando la ODP se encuentra en su fase cálida, sucede algo
parecido a lo que se mostró a escala interanual, disminuyendo principalmente las
presiones hacia el suroeste del centro del anticiclón. Sin embargo, también se
encuentra en fase la zona costera entre los 25ºS y 30ºS, pero con un impacto menor
(figura 5a). El proceso inverso ocurre cuando la ODP está en su fase fría.
Figura 6: (a) Segundo modo espacial del análisis de FEO realizado al campo
decadal de presiones del aire a nivel del mar y (b) su respectivo componente temporal
(PC2, azul) junto al índice del MAS (verde) suavizado.
35
El segundo modo temporal del análisis de FEO realizado al campo de presiones
decadales, presentó directa relación con el índice del MAS (figura 6b), lo que evidenció
que la segunda fuente de variabilidad (a nivel decadal) sobre esta área fue la Oscilación
Antártica, explicando el 36,6% de la varianza. Cuando el índice de MAS se encuentra
en fase positiva, aumentan las presiones ubicadas aproximadamente al sur del centro
del anticiclón, junto con las cercanas a la costa entre los 25ºS y 35ºS y lo contrario
sucede en su fase negativa. Además, se observó un claro desfase entre el índice del
MAS y el segundo modo de aproximadamente de 7 años, lo que indicaría que el MAS
precede a lo que ocurre en el anticiclón.
4.2.3 Relación entre la ODP y la posición e intensidad del centro del anticiclón
del Pacífico Sur.
Figura 7: Series de tiempo del promedio anual del índice de la ODP anual (rojo),
ubicación latitudinal del promedio anual del centro del anticiclón del Pacífico sur (ºS,
verde) y promedio anual del máximo de la presión del aire (Hpa, azul) a nivel del mar.
36
En general, existe una correlación inversa entre la ODP y la posición latitudinal
del centro del anticiclón, i.e. cuando la ODP se encuentra en su fase positiva el centro
del anticiclón del Pacífico sur tiende a dirigirse hacia el ecuador y viceversa (R = -0,48;
P ≤ 0,0001) (Figura 7, Tabla I). De la misma forma, hay una relación inversa entre la
ODP y la intensidad del anticiclón del Pacífico sur, i.e. cuando la ODP entra en su fase
fría la intensidad del anticiclón se incrementa y viceversa (R = -0,48; P ≤ 0,0001) (Figura
8, Tabla I). Además, existe una relación entre la posición latitudinal y longitudinal del
centro del anticiclón del Pacífico sur, i.e. cuando el anticiclón se desplaza hacia el sur
también lo hace hacia el oeste (R = -0,50; P ≤ 0,00002) (Tabla I).
Tabla I: Coeficientes de correlación de Spearman entre la ODP y la posición e
intensidad del anticiclón del Pacífico sur entre 1948 y 2010. Ubicación latitudinal del
centro del anticiclón del Pacífico sur (Ulat), ubicación longitudinal del centro del
anticiclón del Pacífico sur (Ulon), intensidad del anticiclón del Pacífico sur (IA) e índice
de la ODP (ODP).
Variables
Ulat-Ulon
Ulat-IA
Ulon-IA
Ulat-ODP
Ulon-ODP
IA-ODP
Coeficiente de
correlación (R)
p-valor
-0,50 0,00002
-0,48 0,0001
0,36 0,0037
0,30 0,0194
-0,31 0,0127
-0,48 0,0001
37
4.2.4 Relación entre la ODP y TSM de las costas chilenas.
Figura 8: Series de tiempo del promedio anual de la TSM (ºC, verde) a lo largo de las
costas del centro-norte de Chile y el índice de la ODP (azul).
De la misma forma, existe una muy buena correlación entre la ODP y la TSM a lo
largo del centro-norte de Chile (R = 0,56; P ≤ 0,0016), i.e. los valores de la ODP y la
TSM se incrementan y viceversa (Figura 8). Al mismo tiempo la intensidad del anticiclón
y TSM fueron relacionadas, resultando una correlación inversamente proporcional (R=
0,659; P ≤ 0,00002).
38
4.3 Impacto de la ODP sobre el ciclo estacional del anticiclón del
Pacífico Sur.
Figura 9: (a) Climatología estacional de presión del aire (Hpa, color) a nivel del mar y
vectores de esfuerzo del viento (Pa) durante la fase fría de la ODP (1949-1977 y 20052010). (b) Climatología estacional de presión del aire (Hpa, color) a nivel del mar y
vectores de esfuerzo del viento (Pa) durante la fase cálida de la ODP (1978-2004).
Verano (Enero, Febrero y Marzo), Otoño (Abril, Mayo y Junio), Invierno (Julio, Agosto y
Septiembre) y Primavera (Octubre, Noviembre y Diciembre). (c) Número de datos
mayores o iguales a 1019 (Hpa) de las climatologías mensuales durante la fase fría
(azul) y cálida (rojo) de la ODP sobre el área de estudio.
39
Durante la fase fría de la ODP los valores de presión son más altos que los
observados en la fase cálida (Figura 9a y 9b). En ambas fases se presenta una
estacionalidad fuertemente marcada, no obstante los valores de las presiones en la fase
cálida son diferentes a la fase fría de la ODP. En verano, en la fase fría se observa que
el área que ocupa los valores mayores a 1021 Hpa son 9,7 veces mayores al área que
se presenta en verano de la fase cálida. En otoño, en la fase fría, las presiones se
debilitan levemente (1 Hpa aproximadamente) en comparación al verano. Sin embargo,
durante el otoño de la fase cálida, las presiones disminuyen (3 Hpa aproximadamente)
aún más en relación al verano. Así, durante el otoño de la fase cálida las presiones no
superan los 1019 Hpa. Por otro lado, en invierno de la fase fría, se observa que el área
superior a 1021 Hpa que corresponde solo a 0,39 veces superior que aquella que cubre
durante el invierno de la fase cálida. Finalmente, en relación a la primavera, la fase fría
presenta un área superior a 1021 Hpa que corresponde a 1,53 veces mayor que aquella
observada en primavera de la fase cálida.
En el análisis de las climatologías mensuales se puede observar que en la fase
fría de la ODP, el anticiclón del Pacífico sur presenta una mayor cantidad de valores
mayores o iguales a 1019 Hpa que en la fase cálida, a excepción de los meses de julio
a septiembre, en donde los mayores valores ocurren durante la fase cálida (Figura 9c).
40
4.4 Tendencias de la ODP y la TSM, radiación de onda corta, viento
meridional y concentración superficial de clorofila-a a lo largo de del
centro-norte de Chile.
Figura 10: Series de tiempo de las (a) anomalías mensuales de TSM (ºC) a lo
largo del centro-norte de Chile y su tendencia. (b) Índice de la ODP y su tendencia y (c)
anomalías mensuales de los máximos de la presión del aire (Hpa) a nivel del mar y su
tendencia.
41
El análisis de anomalías de TSM y el índice de la ODP muestran claras
tendencias a un declive en sus valores mensuales de 1982 al 2010, en donde se
aprecia que la TSM disminuye 0,0013ºC/mes y el índice de ODP disminuye 0,0039/mes
(Figura 10a y 10b). Esto indica que en el transcurso de estos 29 años, la temperatura
ha disminuido 0,45ºC y el índice 1.36. Por otro lado las anomalías de presión, presentan
una clara tendencia al aumento, presentándose una tasa de 0,0067 Hpa/mes (Figura
10c), en otra palabras, un alza de 2,33 Hpa en los últimos 29 años.
42
Figura 11: Anomalías mensuales promedio y sus tendencias a lo largo de la costa
oeste de Sudamérica entre los 15ºS y 41,5ºS, en los 100 kilómetros de las aguas más
cercanas a la costa. (a) Radiación (W m-2, 1999-2010), (b) Esfuerzo del viento
meridional (Pa, 2000-2008), (c) TSM (ºC, 1999-2010) y (d) Chl-a (mg/m3, 1999-2010).
43
Las anomalías de TSM en los últimos 12 años indican una tendencia a la
disminución de 0,0007ºC/mes, es decir de 0,084ºC en 10 años (Figura 11c). Por otro
lado, el mismo análisis indica que la radiación solar, esta ha aumentado 0.021 W m2
/mes, es decir, un alza de 2,48 W m-2 en los últimos 10 años (Figura 11a). Al igual que
la radiación, entre el 2000 y 2008, el viento meridional también presentó una tendencia
al alza, sin embargo esta no fue muy evidente, siendo sólo de 0,0037 Pa en 10 años
(Figura 11b). Finalmente, es los últimos 12 años, la tendencia de la Chl-a indicó un
aumento de 0,0013 mg m-3 mes, es decir, un incremento de 0,16 mg m-3 en 10 años.
44
4.5 Tendencia espacial de la TSM, esfuerzo del viento meridional,
radiación solar de onda corta y Concentración superficial de
clorofila-a a lo largo de la costa este del Pacífico sur en los
últimos años.
T°
Esfuerzo
Viento
Radiación
Chl-a
Figura 12: Tendencias mensuales a lo largo de la costa oeste de Sudamérica
entre los 15ºS y 41,5ºS, en los 100 kilómetros de las aguas más cercanas a la costa,
correspondientes a: (a) Temperatura (ºC/10 años,1999-2010), (b) Esfuerzo del Viento
(Pa/10 años, 2000-2008), (c) Radiación (W m-2/10 años, 1999-2009) y (d) Chl-a de los
meses Abril, Junio y Octubre ((mg m-3)/10 años, 1999-2010).
45
La TSM a lo largo de la costa oeste de Sudamérica disminuyó hasta alrededor de
0,5ºC/10 años, específicamente en la zona que comprende los 24ºS a 37ºS (figura 12a).
Por el contrario, en el norte, las zonas más cercanas a la costa (los primeros 50 km) no
evidenciaron un enfriamiento, al igual que la zona sur. Con respecto al esfuerzo de
viento, la zona central de Chile presentó una tendencia positiva, con valores de hasta
0,02 Pa /10 años (figura 12b). En la zona sur, específicamente entre los 33ºS y 37ºS, el
esfuerzo del viento tendió a disminuir fuertemente a diferencia de la zona norte en
donde se mantuvo. En lo referente a la radiación solar el mayor incremento se produjo
entre las latitudes 25ºS y 30ºS, con valores superiores a los 4 W m-2 /10 años (figura
12c). Sin embargo, entre los 21ºS y 24ºS, la radiación solar disminuyó, alcanzando 3 W
m-2 /10 años. En el análisis realizado a Chl-a, se presentó una tendencia positiva en
casi toda la costa la que fue mayor entre los 25ºS y 30ºS, siendo 0,4 mg m-3/10 años
(figura 12d). Por el contrario, entre los 33,5ºS y 37,5ºS, la tendencia fue negativa siendo
de 0,4 mg m-3/10 años. Se debe recalcar que la zona con mayores tendencias positivas
o negativas fue la región comprendida entre los 22,5ºS y 37,5ºS (figura 12).
46
Figura 13: Anomalías mensuales promedio a lo largo de la costa oeste de Sudamérica
entre los 25ºS y 30ºS, sobre los 100 kilómetros de las aguas más cercanas a la costa.
(a) Radiación (W m-2, 1999-2010), (b) Esfuerzo del viento meridional (Pa, 2000-2008),
(c) TSM (ºC, 1999-2010) y (d) Chl-a (mg/m3, 1999-2010). Todos con su respectiva
tendencia.
47
Al analizar el área en donde se produjeron las mayores tendencias se pudo
observar que entre los 25ºS y 30ºS la radiación de onda corta fue un 18,8% mayor que
el promedio a lo largo de la costa de chile. Algo similar ocurrió con el esfuerzo del viento
en donde la tendencia fue un 58% superior que el promedio a lo largo de la costa. De la
misma manera, este patrón se repitió en la Chl-a, con un aumento de 42,8% en
comparación a toda la costa y de manera opuesta en la TSM con un 46,1%.
Tabla II: Coeficientes de correlación de Spearman entre la ODP y la posición e
intensidad del anticiclón del Pacífico sur entre 1999-2010. Ubicación latitudinal del
centro del anticiclón del Pacífico sur (Ulat), ubicación longitudinal del centro del
anticiclón del Pacífico sur (Ulon), intensidad del anticiclón del Pacífico sur (IA) e índice
de la ODP (ODP).
Variables
Ulat-Ulon
Ulat-IA
Ulon-IA
Ulat-ODP
Ulon-ODP
IA-ODP
Coeficiente de
correlación (R)
-0,57
-0,76
0,71
0,51
-0,50
-0,52
p-valor
0,048
0,004
0,0133
0,0912
0,1041
0,0887
48
5.Discusión.
5.1 Estado actual del Anticiclón del Pacífico sur.
Según la descripción general de los anticiclones y ciclones del hemisferio sur
realizada por Taljaard (1972) entre 1967 y 1972, en verano e invierno la mayoría de los
anticiclones se ubicaron entre los 35ºS y 30ºS, respectivamente, con un aumento de las
presiones en invierno. Este análisis concordó con nuestros resultados, en donde se
observó una migración latitudinal desde los 36ºS en verano a 25ºS en invierno.
Observándose en invierno, un desplazamiento 5 grados más hacia el norte que los
obtenidos por Taljaard.
Como fue descrito por Pizarro et al. (1994), en la zona norte entre las latitudes
18ºS-28ºS cerca de la costa, los vientos que favorecen la surgencia (hacia el norte)
fueron permanentes durante todas las estaciones del año, presentándose intensidades
bajas y una mínima variabilidad estacional. No obstante, desde los 30ºS hacia el sur,
tanto la estacionalidad como la intensidad de los vientos costeros fue mayor (Garreud y
Muñoz, 2005). Por otro lado, en invierno, de los 35ºS hacia el sur, los vientos fueron
favorables hacia el sur (vientos de hundimiento), a diferencia del verano en donde
predominaron vientos de surgencia de baja intensidad. Esta estacionalidad fuertemente
marcada, se debió a que en verano el anticiclón se desplazó hacia el sur, lo que trajo
consigo, un aumento de los vientos de surgencia entre las latitudes 30ºS-38ºS
(Garreaud y Muñoz, 2005; Sobarzo et al., 2007).
49
Invierno y primavera fueron las estaciones que presentaron un anticiclón más
intensificado, esto se debió a que cuando el anticiclón se dirige hacia el ecuador se
produce una compactación vertical de la masa de aire, en otras palabras el anticiclón se
acható, ocasionando un aumento en el gradiente de presiones, lo que provocó un alza
en la intensidad de los vientos. En el estudio realizado por Bernardes (2007) se planteó
esta conducta meteorológica y se relacionó con la ODP; presentándose en fase cálida
un aumento en la altura del anticiclón y una disminución en su densidad, es decir, se
prolongó verticalmente.
Correspondiente al periodo 2000-2009, el índice de la ODP presentó en su
mayoría valores negativos y por tanto el anticiclón presentó rasgos similares a los que
fueron encontrados en la caracterización anticiclónica del periodo de fase fría (figura
9a), evidenciando claramente una fase fría temprana de la ODP.
5.2 Variabilidad de la posición e intensidad del anticiclón del Pacífico
sur y su relación con los ciclos interanuales y decadales.
La principal fuente de variabilidad interanual de presiones en nuestro campo de
estudio fue ENOS, resultados que concuerdan con el estudio realizado por Montecinos
(2005). ENOS afectó principalmente la intensidad del anticiclón del Pacífico Sur en la
zona localizada al suroeste del centro del anticiclón (figura 4a).
Respecto a la variabilidad decadal, se encontraron dos modos principales
importantes. El primer modo que representó la mayor explicación de la varianza,
50
resultando ser la ODP (48,2 %) y el segundo modo que presentó la segunda fuente de
varianza más importante, siendo el MAS (36,6 %).
Mantua (1997) indicó que la ODP está principalmente modulada por la
interacción entre el centro de altas presión del Pacífico norte y el ciclón de Alaska. Al
parecer ésta oscilación no sólo abarca el Pacífico norte sino también afecta el Pacífico
Sur, por tanto modulando gran parte de la cuenca del Pacífico. Esta oscilación fue la
que produjo la mayor fuente de variabilidad a escala interdecadal, afectando
principalmente hacia el suroeste del centro del anticiclón. Sin embargo, el MAS también
fue importante pero de manera menos significativa al sur del centro del anticiclón.
El análisis de las climatologías estacionales del anticiclón durante los periodos
cálidos y fríos de la ODP y el análisis de FEO decadal (figura 5), mostraron que hubo
diferencias en el comportamiento del anticiclón en cada fase. Cuando la ODP estuvo en
fase fría, el anticiclón se reforzó hacia el suroeste de su centro. Al contrario, durante la
fase cálida, el anticiclón se debilitó a excepción del invierno.
A escala decadal, cuando el anticiclón se intensificó hacia el sur de su centro, al
mismo tiempo éste se intensificó más hacia el oeste de su centro (figura 5-a). Esto
contrasta, con el desplazamiento estacional, en el cual se observa un desplazamiento
hacia el este cuando el anticiclón bajó latitudinalmente (Jones et al., 1994). El
comportamiento decadal del anticiclón es completamente distinto a los patrones
estacionales planteados por Taljaard (1972), quien indicó que el comportamiento
estacional del anticiclón está siendo modulado por factores diferentes de los que rigen
su comportamiento decadal. Cuando el anticiclón se intensificó, la oscilación decadal
51
entró en fase negativa; lo que concuerda con los periodos de tiempo planteados por
Mantua (1997), Bernardes et al. (2007) y Di Lorenzo et al. (2008).
5.3 Efectos de la Oscilación decadal sobre el anticiclón del Pacífico
Sur y la TSM a lo largo de la costa oeste de Sudamérica.
Las causas de la ODP aún no están claras pero se atribuyen principalmente a
factores tropicales, extra tropicales y estocásticos (Vuille y Garreaud, 2009). No se
entiende bien el mecanismo de cómo interactúan entre sí; sin embargo es un hecho que
el anticiclón del Pacífico norte juega un rol fundamental, como principal modulante de
las temperaturas superficiales de la costa oeste de Los Estados Unidos (Mantua, 1997).
Las interacciones físicas entre los factores tropicales y extra tropicales ejercen fuertes
efectos sobre el ecosistema a través de cambios en vientos, surgencia, profundidad de
la termoclina y temperatura subsuperficial (Bograd y Lyun, 2001; Chavez et al., 2002).
Los resultados encontrados en este estudio indicaron que al igual que en el Pacífico
norte, el anticiclón del Pacífico Sur fue el principal modulador de las temperaturas de la
costa centro-norte de Chile a escala interdecadal
Existe una fuerte relación entre el índice de ODP y la TSM a lo largo de la costa
centro-norte de Chile. Ambas variables tendieron a declinar a partir de 1982 en
adelante. Esto coincidió también con una mayor intensidad del anticiclón del Pacífico
Sur. Así por ejemplo, la TSM descendió 0,45 ºC y el anticiclón del Pacífico Sur se
52
intensificó por 2,3 Hpa en los últimos 29 años. La estrecha relación mostrada entre la
ODP y la intensificación del anticiclón del Pacífico Sur, sugiere que este último se
encuentra en fase con el anticiclón del Pacífico norte. Zhang (1997) relacionó la ODP
con las temperaturas de todo el océano Pacífico, a rasgos generales, sus resultados
indicaron que la TSM y la ODP son directamente proporcionales entre si, resultados
coincidentes con los que fueron encontrados en este estudio. Por otro lado, Thomas
(2012) estableció una relación entre índice de la ODP, la TSM, Chl-a y altimetría del
nivel del mar en el océano Pacifico norte, estos se correlacionaron muy bien con el
índice de ODP. No así los valores de nutrientes de la columna de agua y salinidad,
estos se correlacionaron mejor con el índice del giro del Pacífico norte (NPGO).
La NPGO fue descubierta recientemente por Di Lorenzo (2008) y correspondió al
segundo modo de variabilidad obtenido a partir de un análisis de FEO realizado a las
presiones atmosféricas de la cuenca del Pacífico norte. Su estudio concluyó que la
NPGO es la resultante de las interacciones entre el ciclón de Alaska y el anticiclón del
Pacífico norte. En cambio Mantua (1997) indico que la ODP es la resultante de las
variaciones decadales del ciclón de Alaska.
5.4 Variabilidad de las forzantes físicas y su efecto sobre la
concentración superficial de clorofila-a a lo largo de la costa
centro-norte de Chile.
Este estudio mostró que a lo largo de la costa del centro-norte de Chile la TSM
disminuyó entre 1999 y 2010. Esto está relacionado con el fortalecimiento del anticiclón
53
del Pacífico Sur, lo cual promueve una intensificación de los vientos favorables a la
surgencia. Además, se observó un aumento de la radiación solar, lo que sumado a un
aumento de los eventos de surgencia (aguas ricas en nutrientes), resulta en un alza de
la Chl-a que fue detectada en los últimos años. Thomas et al. (2012) también encontró
tendencias al alza de la producción primaria en la zona costeras de la corriente de
Humboldt y California entre los años 1997 y el 2010. Ellos establecieron que los
patrones de TSM y altimetría del nivel mar se correlacionan significativamente con las
tendencias de Chl-a; no así, con los patrones del estrés de viento. Al igual que en
nuestro estudio, cuando la TSM disminuyó, la Chl-a aumentó, sin embargo también se
encontró que el estrés del viento meridional se incrementó.
Las zonas costeras en el centro-norte de Chile mayormente afectadas por las
variaciones decadales del anticiclón del Pacífico Sur fueron las ubicadas entre los 25ºS
y 33ºS. En otras palabras, la ODP y el MAS además de modular el centro del anticiclón,
también afectan esta zona. Coincidentemente ambas oscilaciones han presentado,
desde 1995 a la fecha, un incremento de las presiones en dicha zona (figuras 5 y 6)
incrementando la intensidad de los vientos (Renault et al., 2009).
Así mismo, las zonas en las cuales observaron mayores variaciones en la
tendencia, se encontraron entre las latitudes 25ºS y 30ºS; lo que estuvo de acuerdo con
los resultados de Montecinos (2003) quien observó que la variabilidad interdecadal se
caracteriza por presentar señales débiles hacia el ecuador y fuertes en latitudes
subtropicales, a diferencia de ENOS en que ocurre lo contrario. En las latitudes 25ºS y
54
30ºS se observó vientos favorables a la surgencia que presentaron una tendencia al
incremento de hasta de 0,02 Pa, lo que fue provocado por el aumento de las
intensidades del anticiclón (fase fría de la ODP). Estos vientos dirigidos hacia el
ecuador, desplazan las nubes hacia el norte, lo que provoca climas despejados en esta
zona, y por ende una mayor radiación solar (Falvey y Garreaud, 2006; Renault et al.,
2009) y que concuerda con lo mostrado en el análisis de tendencia. Al mismo tiempo
estos vientos favorecen la surgencia, disminuyendo la TSM cercana a la costa, lo que
sumado a la advección de aguas provenientes del sur producen un enfriamiento de las
aguas superficiales. El hecho de que haya una mayor radiación solar, vientos favorables
a la surgencia crea las condiciones apropiadas para que ocurran fuertes afloramientos
fitoplanctónicos (Thiel et al., 2007; Thomas et al., 2012), lo que coincide con un
incremento de la Chl-a mostrado en los últimos años. Estos procesos concuerdan a los
encontrados por Thomas et al. (2012) y son explicados con lo que se describe como
fase fría de la ODP (Mantua 1997).
Cabe destacar que las tendencias de TSMs cercanas a la costa del norte (10ºS a
23 5ºS) y sur (37,5ºS a 40ºS) se presentaron sin mucha variación, esto posiblemente
debido a que el impacto del anticiclón del Pacífico Sur es menor hacia esas latitudes
Un proceso inverso a nuestros resultados observó Mcphaden et al. (2002) entre
los años 1970 y 1990 en donde observó una disminución de los vientos en la costa
oeste de Estados Unidos y a la vez una disminución del transporte de aguas de
latitudes medias hacia el ecuador. Además esto trajo consigo una disminución en la
55
surgencia, con el consecuente incremento de las temperaturas, concordando con lo que
se describe como fase cálida de la Oscilación Decadal.
5.5 Discusión de la Hipótesis planteada.
El anticiclón se está intensificando con el consecuente aumento en la magnitud
de los vientos en los últimos años, pero sólo entre las latitudes 22,25 y 32,25 ºS. La
TSM presentó una disminución a lo largo de la costa del centro norte de Chile, sin
embargo la zona mayormente afectada fue la ubicada entre los 23 y 37,5 ºS. No se
logró separar el rol del transporte de Ekman y la advección meridional, no obstante la
disminución de la TSM indica que probablemente ambos aumentaron y actuarían
simultáneamente. Por otra parte, la productividad primaria (a través de la Chl-a) ha
aumentado en casi toda la costa Chilena, observándose tendencias al alza entre los 20
y 32,25 ºS siendo considerablemente importantes entre los 37,5 ºS hacia el sur en los
últimos 10 años.
5.6 Conclusiones.
Estacionalmente el anticiclón del Pacífico sur presenta cambios en su ubicación
e intensidad. En primavera es más intenso (> 1021 Hpa.) a diferencia del otoño en
donde se presentan las presiones más bajas (< 1019 Hpa.); su ubicación más austral
ocurre en verano y en invierno presenta su ubicación más hacia el norte, de los 36°S a
los 25°S respectivamente.
56
A escala interanual, el ENOS fue el principal modulador de la intensidad del
anticiclón del Pacífico Sur. En la fase cálida (fría) de ENOS el anticiclón se debilita
(intensifica). .
La ODP no sólo afecta al anticiclón del Pacífico Norte sino también al anticiclón
del Pacífico Sur, siendo por tanto una oscilación que afecta principalmente a las
latitudes subtropicales del Pacífico.
El anticiclón del Pacífico Sur se está intensificando significativamente en los
últimos años (0,0803 Hpa por año, desde 1982), en comparación a décadas pasadas.
A escala decadal, cuando la ODP se encuentra en su fase positiva (negativa) el
centro del anticiclón del Pacífico Sur tienden a debilitarse (reforzarse) y dirigirse hacia el
ecuador (polo) como también incrementarse (disminuir) las TSM a lo largo de las costas
del centro-norte de Chile. El MAS también afecta el anticiclón del Pacífico Sur pero en
la parte más sureña. El SAM y la ODP están actuando en fase sobre el anticiclón en los
últimos 15 años, provocando un incremento de sus presiones y cambios en su posición.
Así como en el estudio realizado por Tomita (2001), se detectó que la ODP
resultó ser uno de los principales forzantes para detectar cambios a escala decadal de
la tropósfera baja y la TSM en la cuenca del Pacífico, la ODP puede ser utilizado en las
costas norte y centro de Chile (15ºS hasta los 40ºS) para detectar cambios en la TSM y
la intensificación o debilitamiento del anticiclón del Pacífico sur.
En la última década, la ODP está en su fase fría temprana, es decir, se está
produciendo un enfriamiento de la TSM en las zonas subtropicales, debido a un
aumento de los vientos hacia el norte que aumentaron
la surgencia costera y la
ocurrencia de días más soleados, lo que favorece la producción primaria; reflejando su
57
impacto, de forma positiva o negativa, en diversas especies de esta zona (Montecino et
al., 2006; Schwartzlose, 1999), a través de fluctuaciones en las pesquerías del Pacífico
sur (Pauly y Tsukayama, 1987; Yañez, 1991).
58
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