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PROCESOS DINÁMICOS ASOCIADOS A LAS BAJAS
SEGREGADAS EN EL SUR DE SUDAMÉRICA
Tesista: Alejandro Anibal Godoy
Directores de Tesis: Dra. Carolina S. Vera y
Dra. Claudia M. Campetella
Buenos Aires, 06 de Marzo 2013
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos
B
Motivación
Las bajas segregadas (BS) son sistemas típicos de latitudes medias que se originan de una vaguada en niveles altos de la troposfera, segregando un vórtice ciclónico hacia menores latitudes.
http://www.alsurinforma.com http://region40.blogspot.com.ar
El interés meteorológico de las BS se origina en los eventos de tiempo que pueden estar asociados a las mismas: lluvias intensas, tormentas de nieve, vientos fuertes, turbulencia en aire claro, etc.
Capitulo 1: Introducción
Capitulo 2: Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
Capitulo 3: Precipitación asociada a las Bajas Segregadas
Capitulo 4: Balance de energía cinética perturbada en un evento de Baja Segregada al oeste de los Andes
Capitulo 5: Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de Baja Segregada
Capitulo 6: Procesos físicos dominantes en las Bajas Segregadas en el otoño
Conclusiones
Estructura de la tesis
Procesos físicos asociados a las BS en Sudamérica
Casos de estudio:
Una cuña cuasi-estacionaria en el sur del Pacífico (Garreaud y Fuenzalida, 2007)
Precursores que pueden favorecer la segregación de las BS en Sudamérica
Se desplaza hacia el sur de la BS por advección de vorticidad anticiclónica
Se profundiza por advección cálida en niveles medios de la troposfera. (Godoy et al. 2011b)
Advección fría en el flanco oriental del anticiclón que profundiza la vaguada de altura (Campetella y Possia, 2007)
La cordillera de los Andes no es un ingrediente necesario para el desarrollo inicial de las BS (Garreaud y Fuenzalida, 2007 y Godoy et al. 2009)
Introducción
Favorecen la formación de Bloqueos
Cuales son las condiciones del flujo ambiente en el que pueden desarrollarse las BS?
• Cambios en las corrientes en chorro
• La existencia de ondas de Rossby estacionarias
• Presencia de barreras topográficas
Patrones de las ondas estacionarias en el Pacífico Sur
Forzante térmico tropical
Los procesos físicos
asociados a la formación de los ciclones extra-
tropicales
Topografía (-) Variabilidad interna de la atmosfera
Introducción
Los objetivos generales de esta tesis se centran en:
Objetivos
Avanzar en el conocimiento de los procesos físicos que llevan a la segregación de sistemas de BS en
latitudes subtropicales de Sudamérica.
Conocer cuál es la influencia del flujo atmosférico en las diferentes escalas de tiempo en promover el
desarrollo de BS en nuestra región.
Introducción
Algunos de los objetivos particulares son los siguientes:
d) Explorar la influencia de la dinámica de las corrientes en chorros en inducir los patrones de circulación descriptos en a).
c) Explorar la influencia de la dinámica de las regiones tropicales en inducir los patrones de circulación descriptos en a).
b) Analizar el balance de energía cinética asociado con las vaguadas de altura e identificar los procesos más relevantes asociados a su etapa de segregación.
a) Describir las condiciones de la circulación atmosférica de gran escala que favorecen el desarrollo de las BS
BClimatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica y su relación
con la precipitación en el sur de Sudamérica
Período de estudio:Dic. 1998 – Nov. 2008
Datos:Reanálisis del NCEP-NCAR(2.5º x 2,5º)
A través del método de detección se encontraron 324 eventos de BS
Mayor frecuencia de ocurrencia en el otoño seguido por el verano
Las BS son más intensas durante el invierno
Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
Distribución espacial de la frecuencia total de BS identificadas sobre todo el período de estudio (1999 – 2008)
Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
SEGREGACION
ETAPA MADURA
FIN DE LA BS
Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
Dominio dividido en regiones:
88 casos
84 casos
70 casos
82 casos
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
PACIFICO 1 PACIFICO 2 CONTINENTE ATLANTICO
Prom
edio
de
caso
s
VERANO
OTOÑO
INVIERNO
PRIMAVERA
Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
Promedio de casos por estaciones:
Porcentaje de precipitación estacional asociada a las BS.
Verano Otoño
Invierno Primavera
Existe alguna relación entre la precipitación estacional y las Bajas Segregadas?
Se utilizaron datos de precipitación grillados (Liebmann y Allured, 2005)
Casos seleccionados:Las BS que en algún momento de su ciclo de vida alcanzan el continente por al menos 24 hs
Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
¿Existe alguna relación entre la trayectoria de los sistemas y la PP en la región continental?
Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
Trayectoria de las BS que en algún momento de su ciclo de vida alcanzan el continente en el otoño
Azul: InicioVerde: Fin
OTOÑO
Estaciones seleccionadas para el estudio de la precipitación en la región de Cuyo
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%45%50%
La Rioja San Juan Mendoza San Rafael Malargüe
OTOÑO INVIERNO
Porcentaje de precipitación asociada a las BS en las estaciones sinópticas seleccionadas para el otoño (verde) y el invierno (azul).
Climatología de las Bajas Segregadas en el Sur de Sudamérica
Análisis de la precipitación utilizando datos de estaciones sinópticas
B
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
Datos utilizados para el estudio:GDAS (Global Data Assimilation System)
VeVeVeVmVmVmK
KeKKmK
m
VeVmV
2
1
2
1
1
Resolución horizontal de 1º x 1º
21 niveles de presión
Resolución temporal de 6 horas
Ecuación de la energía cinética
Balance energético de la etapa de segregación de un evento de BS ocurrido en Marzo del 2007.
Se plantean las variables como su parte media mas una perturbación
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
eeeeeeeee VVVVmVVVKVKVmt
Ke33.3 '.)(
Var. Local Adv. del flujo medio (AKM)
Adv. por las perturbaciones (AKP)
Divergencia del flujo de geopotencial (DFG)
Conversión baroclínica (BRC) Conversión barotrópica (BRT)
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
p
VpVp
.'..
..0
fVV pa
Término del trabajo de la presión:
Flujo geopotencial ageostrófico
DFG BRC
Se muestran los términos promediados
en la vertical entre 1000 y 100 hPa
CC
C C
C C
B
BB
B B
A
A A
D
A
DA
B
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
CC
C C
C C
B
BB
B B
A
A A
D
A
DA
B
Promedio vertical de Ke (sombreado) y Altura geopotencial en 300 hPa
CC
C C
C C
B
BB
B B
A
A A
D
A
DA
B
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
CC
C C
C C
B
BB
B B
A
A A
D
A
DA
B
Promedio vertical de Ke (sombreado) y Altura geopotencial en 300 hPa
C C
C
C C
B B
A A
A A
AA
B B
B B
C
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
12 UTC del 25 de Marzo 2007
Etapa de inicio (previo a la etapa de segregación)
12 UTC del 26 de Marzo 2007
eKVm
eKVm
ee KV 3
ee KV 3
C C
C
C C
B B
A A
A A
AA
B B
B B
C
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
12 UTC del 25 de Marzo 2007
12 UTC del 26 de Marzo 2007
)( .eV
)( .eV
Etapa de inicio (previo a la etapa de segregación)
C C
C
C C
B B
A A
A A
AA
B B
B B
C
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
C
AB
C
ABBalance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
12 UTC del 25 de Marzo 2007
12 UTC del 26 de Marzo 2007
Etapa de inicio (previo a la etapa de segregación)
'.
'.
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
Etapa de segregación
12 UTC del 27 de Marzo
2007
12 UTC del 28 de Marzo
2007
eKVm ee KV 3
eKVm ee KV 3
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
Etapa de segregación
12 UTC del 27 de Marzo
2007
12 UTC del 28 de Marzo
2007
)( .eV
)( .eV
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
D
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
B
AD
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
Etapa de segregación
12 UTC del 27 de Marzo
2007
12 UTC del 28 de Marzo
2007
'.
'.
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
Inicio del desarrollo de la BS:
En resumen…
Precedida por el desarrollo baroclinico de un sistema vaguada-cuña corriente arriba
Dispersión de energía por el término DFG
Amplificación y profundización de la cuña
Orientación NO-SE del paquete de energía (A)
El término AKM domina en latitudes altas
Fomenta el desplazamiento hacia el este del centro de Ke (A)
AKP promueve la advección meridional de Ke
Contribuyen de manera secundaria
Término BRT
Término BRC
Contribuye al mantenimiento de la cuña al oeste de la BS
Segregación de la BS:
Balance de energía cinética perturbada en un evento de BS al oeste de los Andes
Balance entre los términos en la región donde se forma la BS
El término AKM es más debil donde se desarrolla el sistema y es dominante en latitudes altas
Contribuyendo al aislamiento de la BS
El término DFG favorece la transferencia meridional de energía
Promueve la convergencia de energía y al mantenimiento de la BS
B
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Se describe el entorno de gran escala en que se desarrolla la BS de Marzo 2007
Se identifican cuales fueron los elementos principales que favorecieron el desarrollo del sistema.
Datos de vorticidad potencial en coordenadas isoentrópicas
ERA - INTERIM
Identificación de rompimientos de onda de Rossby
Reanálisis del NCEP-NCAR
En niveles de presión (campos medios y anomalías)
En niveles sigma (función corriente)
Flujo de actividad de onda (Plumb, 1985)
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Rompimiento de ondas de Rossby al inicio de la segregación de la BS
12 UTC 24 DE MARZO 2007
VORTICIDAD POTENCIAL – LINEAS DE CORRIENTE – ISOTACAS EN 330 K
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
18 UTC 24 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
00 UTC 25 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
06 UTC 25 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
12 UTC 25 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
18 UTC 25 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
00 UTC 26 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
06 UTC 26 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
12 UTC 26 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
18 UTC 26 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
00 UTC 27 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
06 UTC 27 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
12 UTC 27 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
18 UTC 27 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
00 UTC 28 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
06 UTC 28 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
12 UTC 28 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
18 UTC 28 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
00 UTC 29 DE MARZO 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Vorticidad potencial (cont.) y la asimetría zonal (somb.)
Viento zonal (cont, m s-1) y su asimetría zonal
Patrón de onda 3
ROR
Rompimiento de ondas de Rossby (ROR)
Pentada del 26/03/2007:
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
viento zonal medio en 300 hPa y su anomalía (Contornos c/ 10 m.s-1)
Eady growth rate (BI) mediopara la capa 850/700 hPa y su anomalía (Cont. c/ 0.2 dia-1).
Campos medios de Marzo 2007 Corriente en chorro subtropical debilitada
Mayor baroclinicidad
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
potencial de la velocidad medio (cont.) y su anomalía (somb) y viento divergente (vectores)
OLR media (cont.) y su anomalía (somb)
Anomalía de OLR
Campos medios de Marzo 2007Fuente de ondas de
Rossby
Perturbación bi-mensual de la anomalía zonal de altura geopotencial en 300 hPa ((*)’, mgp) en Febrero-Marzo 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Campos medios (FEBRERO – MARZO)
Patrón de onda 3 en latitudes
altas
Perturbación de la anomalía zonal de la función corriente de febrero-marzo 2007 (cont.) y flujo de actividad de onda (vectores) en el nivel sigma 0.21.
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Campos medios FEBRERO – MARZO y Flujo de Actividad de Onda (FAO)
04 de Marzo
08 de Marzo
12 de Marzo
16 de Marzo
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Variabilidad intraestacional durante Marzo 2007
Pentadas de FAO (vectores)
Pentadas de :
(cont.)
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
20 de Marzo
24 de Marzo
28 de Marzo
01 de Abril
Pentadas de FAO (vectores)
Pentadas de :
(cont.)
Variabilidad intraestacional durante Marzo 2007
Influencia de las condiciones de gran escala en un evento de BS
Anomalía de OLR
15º S - Ecuador 40º S - 20º S
60º S - 40º S
Ke
60º S - 40º S
Marzo 2007
Vel. de grupo de 23 m s-1
Aumento de Ke y posterior dispersión de energía hacia otras latitudes
BS
B
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño a través de composiciones
El estudio dinámico del evento de BS ocurrido en Marzo 2007 nos permitió identificar los procesos físicos más relevantes que actuaron en asociación con ese evento en las escalas sinóptica, intraestacional y de más baja frecuencia.
En base a los eventos de BS ocurridos entre 1999 y 2008, se busca:
•Encontrar el mejor conjunto de eventos de BS que se desarrollan al oeste de los Andes durante la estación de otoño
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Elección del conjunto de eventos de BS:
Trayectoria de las BS seleccionadas
INICIO
MAX. INTENSIDAD
Composición de eventos de BS en el OTOÑO
Distribución espacial del inicio de la segregación de las BS (1999-2008)
17 eventos
9 casos de BS en el otoño
Geopotencial y desvío estándar (somb) – isotacas (cont, verde)
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Evolución sinóptica de los eventos de BS al oeste de los Andes
Día -5
Día -4
Día -3
Día -2
Anomalía de la altura geopotencial en 300 hPa
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Anomalía de la altura geopotencial en 300 hPa
Día -1
Día 0
Día +1
Día +2
Evolución sinóptica de los eventos de BS al oeste de los Andes
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Día -5
Día -4
Día -3
Día -2
Ke y flujo geopotencial ageostrófico (vectores)
Evolución sinóptica de los eventos de BS al oeste de los Andes
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Día -1
Día 0
Día +1
Día -2
ZOOM en la región de la BS
Ke y flujo geopotencial ageostrófico (vectores)
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Evolución en la escala intraestacional
P -15
P-13
P-11
P-9
P -7
P-5
P-3
P0
Anomalía de la altura geopotencial en 300 hPa
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
P -15
P-13
P-11
P-9
Evolución en la escala intraestacional
Ke y flujo geopotencial ageostrófico (vectores)
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
P -7
P-5
P-3
P0
Ke y flujo geopotencial ageostrófico (vectores)
Evolución en la escala intraestacional
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Anomalía de OLR (somb) y OLR (cont.)
P -15
P-13
P-11
P-9
P -7
P-5
P-3
P0
Señal en los trópicos
SPCZ
Evolución en la escala intraestacional
Procesos físicos dominantes en las BS durante el otoño
Composición del mes previo al inicio de las BS
Anomalías del viento zonal (m s-1, cont) en 300 hPa.
Anomalías mensuales de la altura de geopotencial (mgp, cont)
300 hPa 1000 hPaTambién se observan en la
composición de la perturbación de la
asimetría zonal
Conclusiones
• Las BS son más frecuentes al oeste de los Andes Centrales en particular durante el otoño.
• Los mismos son más frecuentes entre 40º y 30º S como fue encontrado en las diferentes climatologías de la región.
• Su influencia es importante en la región de Cuyo.
• En el otoño la mayoría de estos sistemas alcanzan su máxima intensidad al oeste de los Andes
• Durante su trayectoria promueven el desarrollo de condiciones de mal tiempo al este de la BS y decaen a sotavento de los Andes.
• La región de Cuyo tiene los mayores porcentajes de precipitación estacional asociada a BS que oscilan entre el 20% y el 40% de la precipitación total de otoño.
Conclusiones
• La presencia de un rompimiento de onda de Rossby anticiclónico, del lado ecuatorial de la corriente en chorro polar, favorece el desarrollo de la BS en Marzo 2007.
• Sin embargo, hay que tener en cuenta que no siempre los rompimientos de ondas de Rossby desarrollan una BS y se requiere un estudio mas extenso para sacar conclusiones generales.
• Durante el invierno, en la región de Cuyo, la mayoría de las BS no produce precipitación
• En consecuencia el porcentaje de precipitación asociado a las BS cae drásticamente y domina la precipitación asociada por otro tipo de eventos como el pasaje de frentes.
• Se confirma la presencia de un anticiclón en 50º S al oeste de la BS incipiente en los días previos a la segregación del sistema.
• Cuando la BS alcanza su estado maduro el anticiclón se ubica al sur del sistema y se observan dos ciclones en 60º S.
El análisis del ciclo de vida de la BS que ocurren al oeste de los Andes muestra:
• La presencia de un sistema de vaguada/cuña al oeste de la BS incipiente transfiere energía a través de la divergencia de los flujos ageostróficos, intensificando la vaguada que da lugar a la BS.
• Las conversiones baroclínicas pueden no ser importantes en la región de la BS misma pero si lo son en el desarrollo de la cuña ubicada al oeste del sistema
A AB B
B
Día -5Día -3
Día -1
Conclusiones
Conclusiones
• Las condiciones de la circulación media mensual del HS que precede el desarrollo de la BS están dominadas por un patrón de onda 3 estacionario que promueve el desarrollo de bloqueos en latitudes altas.
• Este patrón puede estar reforzado por la convección en la zona ecuatorial del Indico, Pacífico oeste.
• En la escala intraestacional puede existir no solo la influencia de esa región sino también de la SPCZ, en reforzar las ondas en el Pacífico subtropical.
Anom. de OLR
Tren de ondas en el Océano Pacifico Sur
Se encuentran combinados o bien contribuyen a un debilitamiento de la corriente en chorro subtropical y un refuerzo de la corriente en chorro subpolar.
Conclusiones
A
A
A B
B
B
En los 15 días previos al inicio de la etapa de
segregación
La presencia de un patrón de
onda 3 estacionario
Aumento de la actividad de las ondas intraestacionales en el
Pacífico Sur
Trabajos futuros
Estudio de las BS de duración extrema
Relación con el patrón de onda 3 estacionario
A través de experimentos numéricos:
Confirmar la influencia de los trópicos y la topografía en la escala intraestacional
Comprender la influencia de las regiones fuente de ondas de Rossby en el desarrollo de BS
Explorar la importancia de los procesos de interacción estratosfera-troposfera endeterminar los patrones de onda planetarias.
Estudiar los procesos físicos de gran escala en escalas subestacionales quefavorecen la ocurrencia de bajas segregadas de extrema duración
B
FIN
Preguntas??