MECANISMO RESPONSABLE DE LA MAYOR

MECANISMO RESPONSABLE DE LA MAYOR FRECUENCIA DE OCURRENCIA DE
HELADAS GENERALIZADAS EN EL CENTRO SUDESTE DE SUDAMERICA
Gabriela V. Müller y Tercio Ambrizzi *
RESUMEN
Los análisis observacionales y numéricos acerca de la circulación media conducente a heladas
generalizadas en el centro sudeste de América del Sur, muestran que los trenes de onda de Rossby
se propagan a lo largo de ambos jet -que actúan de guías de onda-, propiciando la generación de
Heladas Generalizadas (HG). En particular los estudios en un estado básico formado por los
inviernos de máxima frecuencia de ocurrencia de los eventos HG, permiten identificar
características destacables de la dinámica de dichos patrones. Este trabajo propone un modelo
conceptual sobre la propagación que siguen las ondas de Rossby y que explican los eventos de
heladas en una amplia región conocida como Pampa Húmeda (Argentina) durante los inviernos de
máxima frecuencia de ocurrencia de HG.
El origen y la evolución de las trayectorias de los patrones de onda observados y simulados en
la composición de los inviernos mencionados, está esquematizado por un doble tren de ondas de
Rossby de origen remoto conocido. Ellas son conducidas a través del océano Pacífico por el intenso
flujo zonal en latitudes subtropicales hasta el continente, y en latitudes polares hasta muy próximo
al mismo. Es allí donde las ondas que se propagan en forma independiente por ambos jets, entran en
fase previo al evento de HG. Esta configuración favorece el desarrollo de una intensa anomalía de
viento del sur con gran extensión meridional, lo que intensifica en consecuencia la circulación
anticiclónica en todo el cono sur de América del Sur. La anomalía del flujo abarca toda la tropósfera
y contribuye de esta manera a una penetración de aire polar hacia el continente en forma sostenida y
marcadamente meridional.
Abstract
The observational and numeric analyses of mean atmospheric circulation leading to generalized
frost (GF) in central southern South America show that the Rossby wave trains propagate along the
subtropical and polar jets which act as wave guides, favoring the GF generation. Studies of the basic
state formed by the winters with the highest number of GFs make it possible to identify outstanding
dynamic features of these patterns. This paper proposes a conceptual model of Rossby wave
propagation which explains the frosts in an ample region known as the Humid Pampa in Argentina
during the winters with a large number of GFs. The origin and evolution of the wave pattern
trajectories observed and simulated in the composition of the winters is depicted by a double
Rossby wave train of a known remote origin. They are conducted across the Pacific by the intense
zonal flow in subtropical and polar latitudes towards the continent. The waves propagate
independently along both jets and get in phase before a GF event. This configuration favors the
development of an intense southerly wind anomaly with large meridional extension which favors
the intensification of an anticyclonic circulation in the southern South America. The flow anomaly
affects the whole troposphere and thus contributes to the sustained and markedly meridional
penetration of polar air into the continent.
Palabras claves: heladas, propagación de ondas de Rossby, patrones de teleconexión.
*
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas
Universidade de São Paulo
[email protected], [email protected]
1. INTRODUCCION
Müller y Ambrizzi (2006a) sugieren una teleconexión entre la convección anómala en los
trópicos y la ocurrencia de heladas generalizadas (HG) en la Pampa Húmeda, a través de la
propagación de ondas de Rossby que alcanzan el continente Sudamericano en los inviernos de
máxima frecuencia de ocurrencia de dichos eventos (HG +σ). Este resultado está avalado por la
teoría de propagación de las ondas de Rossby a través del cálculo de trayectorias de ondas a partir
de posiciones que coinciden con la fuente tropical mencionada (Müller y Ambrizzi, 2006b). Es
decir que existe un estado básico formado por un grupo de inviernos que bajo determinadas
condiciones medias dada por una región de actividad convectiva tropical al noreste de Australia,
excita ondas que se propagan hasta alcanzar Sudamérica, condicionando la circulación de modo tal
que se produce enfriamiento en particular en el sur del continente.
Surge entonces la pregunta acerca de cual es la propagación observada de las ondas de Rossby
asociada a los eventos HG durante los inviernos mencionados. Al respecto, Müller et al. (2005) en
un análisis observacional estudian en particular las características de la circulación diaria para la
composición de una selección de eventos HG durante los inviernos HG +σ (dados por: 1970, 1976 y
1988). Ellos observan desde los días previos a la helada, un tren de ondas que se propaga a lo largo
del jet subtropical y polar respectivamente, destacándose la coincidencia de sus fases al oeste del
continente. A partir de allí y debido a su proximidad con la cordillera de los Andes, las ondas se
elongan meridionalmente y arquean en dirección NO-SE, desplazándose progresivamente hacia el
noreste a sotavento de la cordillera.
Sin embargo, este último no es el patrón de propagación descrito en Müller y Ambrizzi
(2006a) antes señalado. Entonces, en que circunstancias la atmósfera crea condiciones tales que se
genere un patrón de propagación cuya coincidencia en las fases de las ondas a sotavento de los
Andes y previo al evento, explique las HG que se producen en los inviernos donde esos eventos
extremos son recurrentes. Para responderlo primeramente se examinan las características del estado
básico HG +σ (ítem 3.1), estudiado por Müller y Ambrizzi (2004). Este análisis es la base de la
formulación de otras simulaciones numéricas realizadas en dicho estado básico por Müller y
Ambrizzi (2005), utilizando el modelo IGCM. Los patrones de propagación allí simulados se
comparan con los obtenidos en los análisis observacionales para los eventos de HG (ítem 3.2).
Todos estos elementos nos permiten formular un mecanismo físico que explica la mayor frecuencia
de ocurrencia de HG en el centro sudeste de Sudamérica (ítem 3.3), objetivo del trabajo.
2. METODOLOGIA
El modelo espectral baroclínico IGCM (Intermediate Global Circulation Model) ampliamente
usado en diversos estudios (por ej. Jin y Hoskins (1995), Cavalcanti (2000), Marengo et al. (2002)),
es apropiado para investigar los mecanismos físicos de propagación de ondas, dado que la respuesta
al forzante aplicado puede ser apreciada directamente (Ambrizzi y Hoskins, 1997) a diferencia de
un modelo de Circulación General. El siguiente esquema sintetiza el procedimiento que sigue el
IGCM, indicando variables, niveles y periodos utilizados para conformar el estado básico HG +σ,
así también las características del forzante.
EJECUCION DEL MODELO
1) CREACION DEL ESTADO BASICO
Variables: Geopotencial , Temperatura, U, V
Resolución horizontal: T42 (8 grados latitud -longitud)
Resoluci ón vertical: 12 niveles σ
Datos: Reanálisis NCEP/NCAR
Período: Junio -Julio -Agosto.
Experimentos en el estados básico: HG +σ
2) EXCITACION CON UN FORZANTE
Fozante Térmico
Estructura horizontal: elipse 15 º lat x 4 5º long
Estructura vertical: perfil de calentamiento (coseno) con máximo en 400 hPa
Posición: según la convecci ón observada en el estado básico HG + σ
3. DISCUSION DE RESULTADOS
3.1 Características del estado básico
A partir de consideraciones teóricas Müller y Ambrizzi (2004) demostraron en particular que la
mayor frecuencia de ocurrencia de HG está condicionada por las características del flujo básico en
el cual se propagan las ondas de Rossby. La teoría lineal de propagación de ondas de Rossby toma
como parámetro básico al número de onda estacionario Ks. Los autores identifican los guías de
ondas a partir del campo de Ks, en particular para el estado básico HG +σ. Los resultados muestran
que la distribución de Ks acentúa la importancia de los jets como eficientes guías de ondas, con un
buen acuerdo entre la posición de estos y las bandas de máximos locales de Ks orientadas
zonalmente. Por otra parte el invierno HG +σ se caracteriza por un jet subtropical que se extiende
hasta América del Sur y un jet polar que alcanza una longitud muy próxima al continente como se
observa en la Figura 1. Entre ambos jets una extendida región de inhibición en la propagación de las
ondas de Rossby estacionarias Ks=0 (Fig. 1), contribuye a que los trenes de onda se desplacen por
las latitudes subtropicales y polares respectivamente. Corriente arriba de Ks=0 se aprecia en la
Figura 1 una zona con un marcado gradiente meridional de viento zonal (indicado con flechas).
Otra característica del estado básico HG +σ es que los eventos HG mas frecuentes en
condiciones frías del océano Pacífico ecuatorial, como lo muestran Müller et al. (2005).
Figura 1: Componente de viento del oeste en 250 hPa (ms-1), correspondiente a las
composiciones de los inviernos HG +σ. Superpuesto el número de onda estacionario Ks=0
(sombreado negro) y las flechas que indican la región con gradiente meridional de viento zonal.
3.2 Patrones de propagación simulados vs. observados
Los lugares de excitación de ondas de Rossby están condicionados por el estado básico en el
que ellas se propagan. Las características del estado básico HG +σ (brevemente discutidas en 3.1)
se tienen en cuenta en los experimentos numéricos realizados por Müller y Ambrizzi (2005), que
toman los forzantes en el océano Indico sur. Uno localizado aproximadamente a la entrada del
máximo principal de viento zonal (en rosa, Fig. 1) y el otro situado en un máximo secundario de
viento zonal (en azul, Fig. 1). Los patrones obtenidos aparecen en la Figura 2 (panel izquierdo),
donde se observa un claro tren de ondas alrededor de los 30°S aproximadamente, que se propaga
desde el océano Indico central a lo largo de todo el Pacífico conducido por el jet subtropical. Hacia
el sur en latitudes subpolares, otro tren de ondas se propaga a través del Pacífico sur en dirección al
océano Atlántico. La coincidencia de sus fases se produce en el sector este del Pacífico,
destacándose la extensión meridional que adquieren el par de anomalías de viento meridional
(negativa y positiva) al unirse a barlovento de la cordillera de los Andes y sobre la misma.
La simulación logra reproducir el patrón obtenido a partir de las composiciones de eventos de
HG observados por Müller et al. (2005); más aun, la similitud se extiende a la composición de los
eventos mas persistentes de HG estudiados por Müller y Berri (2006). Los autores encontraron dos
formas de propagación de trenes de ondas asociados a las HG menos y más persistentes,
respectivamente. Este último caso en particular se muestra en la Figura 2 (panel derecho).
Figura 2: Anomalías de la componente meridional del viento (ms-1) en 250 hPa correspondientes a la simulación
en HG +σ (panel izquierdo) y a la composición de HG muy persistentes en el día previo (panel derecho).
3.3 Mecanismo físico
A partir de los resultados de los experimentos numéricos coincidente con los obtenidos del
análisis observacional aquí descrito, se propone un mecanismo que propicia la mayor frecuencia de
ocurrencia de HG en la Pampa Húmeda, esquematizado en la Figura 3. Los mecanismos físicos de
gran escala asociados a las HG se manifiestan a través de patrones de teleconexión dado por las
ondas de Rossby estacionarias. Ellas se originan en el océano Indico tropical en un flujo medio
caracterizado por un gradiente meridional de viento zonal (indicado en el esquema con flechas en la
región del Indico). Por ende existe un gradiente meridional de vorticidad absoluta positivo en una
región tal que la divergencia (flecha punteada) de altos niveles -generada posiblemente por una
fuente tropical (circulo rojo en la región del Indico)-, crea perturbaciones en los subtrópicos al
interferir con la región de gradiente de vorticidad absoluta positiva. La zona de cambio de
vorticidad constituye entonces una fuente de ondas de Rossby, dado que fuerza al movimiento a
adquirir el carácter ondulatorio requerido por la conservación de la vorticidad absoluta. Esta región
está corriente arriba del jet subtropical de Australia, y de la región donde el gradiente meridional de
vorticidad absoluta es negativo (a rayas en el esquema), la cual es una zona reflectora -es decir
donde la propagación de las ondas esta inhibida-, y actúa como deflector de la energía de onda
desde esa región. Las ondas así generadas (representado por anomalías de viento meridional) se
propagan a través del océano Pacífico a lo largo del jet subtropical y polar (flechas gruesas). Ellas
están condicionadas por la extensa región entre ambos jets en donde su propagación está inhibida.
Próximo al continente Sudamericano la fase de ambos trenes de onda coinciden justo en la región
donde desaparece la inhibición, uniéndose luego en un único patrón. La profunda cuña en el lado
occidental del continente produce una marcada advección de viento del sur (indicado con flechas)
que se extiende en toda la troposfera, previo a la ocurrencia del evento. Así el aire frío comienza a
atravesar la cordillera generando vorticidad anticiclónica que alimenta al anticiclón continental de
superficie y al ciclón marítimo localizado corriente abajo (observados y simulados). El aumento del
gradiente de presión en esa región produce enfriamiento del lado oriental del continente, con una
fuerte componente de viento del sur entre la alta y la baja presión, provocando heladas en una gran
extensión del sudeste de Sudamérica y que afectan en particular a la Pampa Húmeda.
SST<0
H L
Figura 3: Esquema conceptual de los mecanismos físicos que propician una
mayor frecuencia de ocurrencia de Heladas Generalizadas.
AGRADECIMIENTOS
GM agradece a CNPq por la beca de posdoctorado (Nro. 152039/2004-0). TA agradece al CNPq y
FAPESP por el auxilio a investigación otorgado.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Jin F-F y Hoskins BJ (1995). ‘The direct response to tropical heating in a baroclinic atmosphere’. J. Atmos.
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Marengo JA, Ambrizzi T, Kiladis G y Liebmann B (2002). ’Upper-air wave trains over the Pacific Ocean
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Müller GV y Ambrizzi T (2004). ‘Propagacion de ondas de Rossby en un flujo basico caracteristico de
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Müller GV, Ambrizzi T y Núñez MN (2005). ‘Mean atmospheric circulation leading to generalized frosts in
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Müller GV y Ambrizzi T (2005). ´Patrones de propagación de ondas de Rossby en el estado básico de
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CONGREMET IX, Buenos Aires, 3-7 octubre de 2005.
Müller GV y Ambrizzi T (2006a). ‘Relación trópicos-extratropicos: El rol de la convección tropical en las
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Müller GV y Ambrizzi T (2006b). ‘Rossby wave propagation and its relationship with severe frosts over
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Müller GV y Berri GJ (2006). ‘Atmospheric Circulation Associated with Persistent Generalized Frosts in
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