Uso de un modelo de aguas someras para analizar la influencia del Atlántico Tropical Norte y del Pacífico Ecuatorial del Este sobre la circulación atmosférica en los mares Intra-Americanos

Eric

Description

Resumen
Se usó un modelo numérico de aguas someras para simular la circulación anómala en la región de los Mares Intra-Americanos (MIA) inducida por dos funciones forzantes asociadas con fuentes de calor localizadas en las regiones oceánicas del Atlántico Tropical Norte y del Pacífico Ecuatorial del Este, respectivamente. A pesar de su simplicidad, el modelo de aguas someras representó algunas de las características principales de la circulación inducida sobre los MIA por las funciones forzantes descritas anteriormente. La principal respuesta, en términos de anomalías, se observó cuando estas fuentes de calor eran de signo opuesto, es decir, Atlántico Tropical Norte anómalamente frío (cálido) y Pacífico Ecuatorial del Este anómalamente cálido (frío). Estos patrones podrían estar asociados con una mayor (menor) cizalladura vertical del viento sobre los MIA.
Abstract
A shallow water model was used to simulate the anomalous circulation over the Intra American Seas (IAS), due to heat forcing functions located at the Tropical North Atlantic and the Eastern Equatorial Pacific Oceans, respectively. Despite of its simplicity, the shallow water model represented the main features of the anomalous circulation over the IAS due to the heat forcing functions described previously. The main anomaly patterns were observed when heat sources have opposite signs across the IAS, e.g. Tropical North Atlantic cool (warm) and Eastern Equatorial Pacific warn (cool). Results imply an increase (a decrease) in the vertical wind shear over the IAS for a cool (warm) Tropical North Atlantic and a warm (cool) Eastern Equatorial Pacific. These patterns could be associated with a larger (smaller) vertical wind shear over the IAS.

Sujets

• Shallow water equations
• Climate change

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 11
• Langue: Español

Extrait

Vol.7(2007):15 26 ISSN1578 8768
c Copyrightdelosautoresdecadaart´ıculo.Sepermitesu
reproduccion´ ydifusion´ porcualquiermedio,siemprequese
´ ´hagasinintereseconomicoyrespetandosuintegridad
Usodeunmodelodeaguassomerasparaanalizarlainfluenciadel
´AtlanticoTropicalNorteydelPac´ıficoEcuatorialdelEstesobrela
circulacion´ atmosferica´ enlosmaresIntra Americanos
1 2 3´EricJ.Alfaro ,DanielHernandez yArnoldoBezanilla
1EscueladeF´ısica,CentrodeInvestigacionesGeof´ısicasyCentrodeInvestigacionesenCienciasdel
MaryLimnolog´ıa,UniversidaddeCostaRica.2060 CiudadUniversitariaRodrigoFacio,SanJos e,´
CostaRica.([e-mail])
2DepartamentodeGeociencias,UniversidadNacionaldeColombia.Bogota,´ Colombia.
([e-mail])
3CentrodeF´ısicaAtmosferica,´ InstitutodeMeteorolog´ıa.Habana,Cuba.
([e-mail])
(Recibido:12 Ago 2007. Publicado:26 Sep 2007)
Resumen
Se uso´ un modelo numerico´ de aguas someras para simular la circulacion´ anomala´ en la region´ de los Mares
Intra Americanos (MIA) inducida por dos funciones forzantes asociadas con fuentes de calor localizadas en las
regiones oceanicas´ del Atlantico´ Tropical Norte y del Pac´ıfico Ecuatorial del Este, respectivamente. A pesar de
su simplicidad, el modelo de aguas someras represento´ algunas de las caracter´ısticas principales de la circulacion´
inducida sobre los MIA por las funciones forzantes descritas anteriormente. La principal respuesta, en terminos´
de anomal´ıas, se observo´ cuando estas fuentes de calor eran de signo opuesto, es decir, Atlantico´ Tropical Norte
anomalamente´ fr´ıo(calido)´ yPac´ıficoEcuatorialdelEsteanomalamente´ calido´ (fr´ıo).Estospatronespodr´ıanestar
asociadosconunamayor(menor)cizalladuraverticaldelvientosobrelosMIA.
Palabras Clave: Modelo de Aguas Someras, Mares Intra Americanos, Variabilidad Clim atica,´ Atlantico´ Tropical
Norte,Pac´ıficoEcuatorialdelEste.
Abstract
AshallowwatermodelwasusedtosimulatetheanomalouscirculationovertheIntraAmericanSeas(IAS),dueto
heat forcing functions located at the Tropical North Atlantic and the Eastern Equatorial Pacific Oceans, respecti
vely.Despiteofitssimplicity,theshallowwatermodelrepresentedthemainfeaturesoftheanomalouscirculation
over the IAS due to the heat forcing functions described previously. The main anomaly patterns were observed
whenheatsourceshaveoppositesignsacrosstheIAS,e.g.TropicalNorthAtlanticcool(warm)andEasternEqua
torialPacificwarn(cool).Resultsimplyanincrease(adecrease)intheverticalwindshearovertheIASforacool
(warm)TropicalNorthAtlanticandawarm(cool)EasternEquatorialPacific.Thesepatternscouldbeassociated
withalarger(smaller)verticalwindshearovertheIAS.
Key Words: Shallow Water Model, Intra Americas Seas, Climate Variability, North Tropical Atlantic, Eastern
EquatorialPacific.
1.Introduccion´
´ ´ ´Los modelos numericos del sistema climatico son representaciones numericas de las ecuaciones funda
mentales que describen el comportamiento de este sistema y las interacciones de/o entre algunos de sus
componentes, a saber: la atmosfera´ terrestre, los oceanos,´ la biosfera terrestre y marina, la criosfera y la
superficieterrestre(BarryyCarleton,2001).Estasherramientashanprobadoserutiles´ paralasimulacion´´16 REVISTA DE CLIMATOLOGIA, VOL. 7 (2007)
delascaracter´ısticasbasicas´ delacirculacion´ generalydelcomportamientodelosmodosdominantesde
la variabilidad climatica´ como aquellos asociados a El Nino Oscilaci˜ on´ del Sur (ENOS) o la Oscilacion´
delAtlantico´ Norte(Ej.Orlanski,2005;Riviere` yOrlanski,2007).
Dentro de estos modelos numericos,´ el modelo de aguas someras es una herramienta util,´ sencilla y
de uso amplio que permite el estudio del desarrollo de una situacion´ ideal dinamica´ cuasi estacionaria
1(ej.: GFDL, 2007b) . El conjunto completo de las ecuaciones del modelo de aguas someras describen la
evolucion´ de un flujo homogeneo´ (densidad constante) e incompresible sobre la superficie de una esfera
y son aplicables cuando la escala horizontal del flujo es mucho mas´ pequena˜ que la escala vertical de
la capa del fluido considerado (Pedlosky, 1987). Estas ecuaciones son muy utiles´ para el estudio de las
ondas Kelvin y Rossby en la atmosfera´ y el oceano,´ as´ı como ondas gravitacionales en un dominio mas´
pequeno.˜ El flujo que describen estas ecuaciones es el flujo horizontal causado por cambios en la altura
del campo de la presion´ en superficie del fluido. Las ecuaciones de aguas someras son aplicables al
modelado oceanico´ y atmosferico´ pero son mucho mas´ simples que los modelos basados en ecuaciones
primitivas (Rivera, 2006). Los modelos que se basan en las ecuaciones de aguas someras tienen solo´ un
nivelvertical,porloquenopuedenrepresentarningun´ parametro´ quevar´ıeconlaaltura.Engeneral,casi
todaslasformasdeestosmodelosserefierenprincipalmenteatresvariablesyasuevolucion,´ tantoenel
tiempo como en la capa considerada. Estas variables son: velocidad zonal, u, velocidad en la direccion´
x;velocidadmeridional,v,velocidadenladireccion´ y;yη,desviacion´ delaalturadelcampodepresion´
horizontalensuperficiedesumedia,H,porloquelaalturatotaldelcampoesh(x,y)=η(x,y)+H(x,y).
Lasecuacionesdeaguassomerasparalasvariablesantesdescritasson:
du ∂η
− fv+g +bu=0 (1)
dt ∂x
dv ∂η
+ fu+g +bv=0 (2)
dt ∂y
∂η ~ ~+∇·V(H+η)=0 (3)
∂t
dondebrepresentaelarrastreviscosoqueporlogeneralsedesprecia,geslaaceleracion´ delagravedad,
f es el parametro´ de Coriolis, que es igual a 2Ωsen(φ), donde Ω es la velocidad angular de la Tierra
(π/12radianes/hora),yφeslalatitud(GFDL,2007b).
El modelo espectral de aguas someras le suma un termino´ a la ecuacion´ de aguas someras; este´ se
interpreta como una funcion´ forzante o como un termino´ que puede trabajar como un amortiguamiento.
Estanuevafuncion´ sesumaalaecuacion´ delaalturapararelajareldesplazamientodelasuperficielibre
hastaunvalordeterminadoenciertoslugaresdeldominio(GFDL,2007a).
Laecuacion´ delatendencia,introducidaporestafuncion´ forzante(fo)enlaecuacion´ (3)esdelaforma:

∂η
=−k[η(x,y)−η (x,y)] (4)fo
∂t fo
´ ´ ´ ´dondekesuncoeficientederelajacion.Elterminoentreparentesisdelladoderechodelaecuacion(4)es
ladiferenciaentrelaalturadelmodelo,η(x,y),ylaalturaalacualserelaja,η (x,y).Valoresgrandesdefo
ksignificanunforzamientomayorhaciaη (x,y).Notese´ tambien´ quesiη(x,y)>η (x,y),latendenciafo fo
debidoalarelajacion´ esnegativa,yviceversa.
1Lainformacion´ sobreelmodelodeaguassomerashasidoampliamentedivulgada,inclusoenfuentesaccesiblesalpublico´
general; al respecto el lector puede consultar “Shallow water equations” en Wikipedia. The Free Encyclopedia. Disponible en:
http://en.wikipedia.org/wiki/Shallow water equations(ultima´ visita:09 06 2007)´REVISTA DE CLIMATOLOGIA, VOL. 7 (2007) 17
Lafuncion´ forzanteintroducidaenlasecuaciones(1)y(2)tienelaforma:

∂U
=−k [U(x,y)−U (x,y)] (5)U fo
∂t fo
dondeU =u o v, y k es el coeficiente de relajacion´ del campo de viento, el cual no necesariamente esU
igual a k. Al igual que el caso anterior, el termino´ entre parentesis´ del lado derecho en la ecuacion´ (5)
es la diferencia entre la velocidad y la velocidad de la funcion´ forzante. SiU =0, este termino´ actua´fo
comountermino´ deamortiguamientoodefriccion´ enlasecuacionesdelmodelo.
La funcion´ forzante t´ıpicamente ha sido interpretada de dos maneras. Primeramente, la respuesta en
niveles altos de una fuente de calor en la superficie, por lo que el forzamiento en niveles altos se podr´ıa
interpretar como una respuesta a la liberacion´ de calor latente debido al efecto de la conveccion´ u otro
tipo de fuente de calor en superficie, incrementando la altura de la columna de fluido. El modelo luego
simula como´ se propaga este efecto a traves´ de la generacion´ de ondas en la superficie libre. La segunda
manerasepuedeinterpretarcomolarespuestaennivelesaltosaunabarreratopografica´ ensuperficie.En
donde debido a la conservacion´ de la vorticidad potencial se pueden generar movimientos ondulatorios
asotaventodeestabarrera(Holton,2004).
El objetivo de este trabajo consistio´ en usar un modelo numerico´ de aguas someras para simular la
circulacion´ anomala´ enlaregion´ delMarCaribeyelGolfodeMexico,´ conocidoscomolosMaresIntra
Americanos(MIA),einducidapordosfuncionesforzantesasociadasconfuentesdecalorlocalizadasen
las regiones oceanicas´ del Atlantic