Estudio de la variabilidad interna de la baroclinicidad y consistencia con los mecanismos de realimentación de los modos anulares

Resumen

Los modos anulares son el primer patrón de variabilidad de la altura geopotencial en los extratrópicos. Su estructura dipolar se asocia al intercambio de masa de aire entre latitudes medias y altas y al desplazamiento norte-sur del frente polar, determinando la trayectoria de las borrascas y la distribución de la precipitación. Por ello, existe un gran interés en entender la dinámica implicada. Este trabajo estudia la dinámica de la variabilidad interna anular atmosférica desde la perspectiva del índice zonal, que se define como la componente principal del primer modo de variabilidad del viento zonal promediado zonalmente. Consiste en una migración latitudinal del chorro alrededor de su posición climatológica, con la misma estructura que los modos anulares, estando ambas series temporales altamente correlacionadas.El índice zonal está únicamente forzado por el flujo eddy de momento y amortiguado por la fricción. Lorenz and Hartmann (2001;2003) mostraron que aunque el flujo eddy de momento está dominado por su rápida componente aleatoria, tiene una débil componente de baja frecuencia que depende de las anomalías del viento zonal.Esta realimentación hace que las anomalías del viento zonal decaigan en escalas de tiempo más largas que la fricción. Para explicar la realimentación se han propuesto diversos mecanismos.El mecanismo baroclínico (Robinson, 2000) se basa en los cambios en la baroclinicidad media zonal que acompañan al desplazamiento del chorro, forzados por la circulación residual que inducen los flujos eddy de momento. Robinson propuso que al intensificarse la baroclinicidad en la región de aceleración anómala aumentan el flujo eddy de calor y la generación de ondas en dicha región, lo cual conduce a un reforzamiento de la aceleración inicial cuando estas ondas se propagan a otras latitudes. Para evaluar este mecanismo se han analizado las relaciones existentes entre las anomalías de baroclinicidad, cizalladura vertical y componente barotrópica del viento en el hemisferio sur usando datos diarios desestacionalizados del reanálisis NCEP/DOE AMIP II desde 1979 hasta 2012. Se ha encontrado que el primer modo de variabilidad corresponde a un desplazamiento, mientras que el segundo se asocia a un fortalecimiento/debilitamiento. La persistencia del desplazamiento es mayor que la de la pulsación, siendo el viento barotrópico el más persistente. Además, las anomalías del viento barotrópico y de la baroclinicidad están altamente correlacionadas. La correlación es máxima cuando las anomalías de viento barotrópico preceden con un desfase menor que la escala de tiempo de cada uno de ellos, sugiriendo que ambas describen el mismo fenómeno. También se han analizado los ciclos de vida característicos de baroclinicidad y cizalladura vertical. En la alta frecuencia, las anomalías de baroclinicidad responden a las variaciones del forzamiento del flujo eddy meridional de calor. En la baja frecuencia, las anomalías de cizalladura son creadas por el forzamiento debido al flujo eddy de momento en la alta troposfera y fortalecidas por la fricción en la superficie. En respuesta, se genera una circulación media meridional que debilita las anomalías de cizalladura y fuerza anomalías de baroclinicidad, para mantener el balance del viento térmico. Las anomalías de baroclinicidad son amortiguadas por el calentamiento diabático, principalmente mediante la reorganización de la precipitación. El forzamiento debido al flujo eddy de calor varía en fase con la tendencia total de la baroclinicidad, pero ello se debe al distinto efecto de los eddies planetarios y sinópticos que fuerzan y debilitan, respectivamente las anomalías de baroclinicidad. Los resultados obtenidos confirman que el mecanismo de Robinson es viable y podría explicar en parte la realimentación positiva del índice zonal en el hemisferio sur. Aunque se ha extendido el análisis al hemisferio norte, los resultados en este hemisferio son ambiguos debido al impacto de las ondas planetarias.