Tesista: Alejandro Anibal Godoy Directores de Tesis: Dra. Carolina S. Vera y Dra. Claudia M....

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)


SEGREGACION

ETAPA MADURA

FIN DE LA BS


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


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


¿Existe alguna relación entre la trayectoria de los sistemas y la PP en la región continental?


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).


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


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)


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


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


12 UTC del 25 de Marzo 2007

Etapa de inicio (previo a la etapa de segregación)


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

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)( .eV

)( .eV


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




'.

'.

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


Etapa de segregación

12 UTC del 27 de Marzo

2007


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




2007


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




2007


2007

'.

'.


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 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)



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


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:


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


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


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.


Campos medios FEBRERO – MARZO y Flujo de Actividad de Onda (FAO)

04 de Marzo

08 de Marzo

12 de Marzo

16 de Marzo


Variabilidad intraestacional durante Marzo 2007

Pentadas de FAO (vectores)

Pentadas de :

(cont.)


20 de Marzo

24 de Marzo

28 de Marzo

01 de Abril

Pentadas de FAO (vectores)

Pentadas de :

(cont.)

Variabilidad intraestacional durante Marzo 2007


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


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)


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



Día -1

Día 0

Día +1

Día +2



Día -5

Día -4

Día -3

Día -2

Ke y flujo geopotencial ageostrófico (vectores)



Día -1

Día 0

Día +1

Día -2

ZOOM en la región de la BS



Evolución en la escala intraestacional

P -15

P-13

P-11

P-9

P -7

P-5

P-3

P0



P -15

P-13

P-11

P-9




P -7

P-5

P-3

P0




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



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.

GESEC

OJO se repite de la diap anterior

• 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??

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