Patrones característicos de la Corriente en Chorro en Capas Bajas ...

Patrones característicos de la Corriente en Chorro en Capas Bajas al Este de los Andes durante loseventos ChacoCastañeda 1,2 M .Elizabeth, Ulke 1,3 , Ana Graciela1 Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Ciencias de laAtmósfera y los Océanos, Pab. II, 2 do Piso, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina2 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET).3 Unidad Mixta Internacional, Instituto Franco Argentino sobre Estudios de Clima y sus Impactos(IFAECI)/CNRSResumenSe presentan los resultados preliminares de la caracterización de los eventos Chaco de la Corrienteen Chorro en Capas Bajas al Este de los Andes (CCCBC) mediante técnicas estadísticas multivariadas. Seutiliza los valores cuatri-diurnos de las alturas geopotenciales y las componentes zonal y meridional delviento en 850 hPa de los reanálisis elaborados por la Agencia Meteorológica Japonesa (JRA-25) para elperiodo 2001 – 2005. Se aplicó un Análisis por Componentes Principales en Modo T con rotación Varimaxque permitió una primera identificación de los patrones principales de la altura geopotencial y de lascomponentes del viento a partir de las dos primeras componentes principales (CP). Para el caso de las alturasgeopotenciales en 850 hPa durante los eventos CCCBC los resultados señalan la fuerte presencia de unavaguada sobre territorio argentino, que muestra variaciones en las intensidades de las curvaturas de lavaguada y de la cuña que se observa sobre el Océano Atlántico. Respecto al viento, la componente zonal en850 hPa muestra su variación en intensidad cerca de 40°S en ambas CPs, mientras que la componentemeridional se puede estudiar a partir de sus modos directo e indirecto: en ambas componentes el mododirecto exhibe mayor varianza explicada que el indirecto. Esto indica que si bien en ambos casos el máximode componente meridional del norte está localizado en 20°S, 60°W, la penetración del chorro en capas bajasdurante los eventos Chaco en el modo indirecto no avanza mas allá de 40°S, registrándose entonces algunospocos eventos Chaco con vientos con componente sur en latitudes mayores a 35°S. La diferencia entrecomponentes es más notoria en altas latitudes, donde parece desarrollarse un tren de ondas, cambiando en suintensidad y su dirección preponderante.Palabras clave: Corriente en Chorro en Capas Bajas, Análisis por Componentes Principales, quema debiomasa.AbstractMultivariate statistical techniques are applied in order to characterize the Chaco events (CJ) of the LowLevel Jet East of the Andes and the preliminary results are presented in this contribution. Cuatri-diurnalvalues of the geopotential height and the zonal and meridional components of the wind at 850 hPa from theJapanese Meteorological Agency (JRA-25) for the period 2001-2005 are used. A Principal ComponentsAnalisis in T mode with Varimax rotation allowed a first characterization of the main patterns of thevariables with the first two Principal Components (PC). The results show that the 850 hPa geopotentialduring the CJ events is characterized by a trough over Argentina, with some variation on the curvaturestrength of the trough and the ridge located over the Atlantic Ocean. The zonal wind at 850 hPa shows thevariation in strength around 40ºS in both PCs, whereas the meridional component could be studied from thedirect and indirect modes: in both components the direct mode shows greater proportion of the explainedvariance than the indirect one. This implies that although in both cases the maximum northern wind islocated around 20°S, 60°W, the southward incursion of the CJ does not go farther 40ºS, which results in fewevents with southern winds south of 35ºS. The differences between components is more noticeable at higherlatitudes, where a wave train pattern seems to develop, changing its strength and prevalent direction.1. IntroducciónLa Corriente en Chorro en Capas Bajas (CCCB) al Este de los Andes ha sido estudiada por diferentesautores (Saulo y otros 2007; Nicolini y otros 2006 y los mencionados por estos autores). Basados en datosobservados y análisis de modelos, han mostrado que es uno de los principales componentes de la circulaciónatmosférica responsable del transporte de calor y vapor de agua desde los trópicos hacia latitudessubtropicales, un mecanismo primordial del balance hídrico en la cuenca del Plata. Este evento ha sidoincluso objeto de una experiencia de campo conocida como South American Low-Level Jet Experiment(SALLJEX; Vera et al. 2006). Su presencia se detecta durante todo el año aunque la humedad transportada esmayor en verano que en invierno (Marengo y otros 2004). Los eventos Chaco (CCCBC) son un subconjunto

caracterizado por su mayor penetración meridional y un entorno sinóptico baroclínico. Saulo et al (2000) ySalio et al (2002) adaptaron el criterio de Bonner (1968) para posibilitar el diagnóstico de ocurrencia de estoseventos a partir del campo de viento en puntos de retícula, tal como el suministrado por los centrosoperativos de previsión del tiempo.Algunos investigadores han avanzado en el rol de esta corriente en el transporte de productos dequema de biomasa en Sudamérica; desde un modelado satisfactorio (Longo y otros 2006), hasta el análisis enconjunto con variables representativas de la presencia de aerosoles con origen de quema sobre la ciudad deBuenos Aires (Hierro, 2008). Este último presenta resultados que indican el ingreso de masas de airecontaminadas durante eventos CCCBC en temporada de quema al norte de Argentina.En este trabajo se presentan los resultados preliminares de un estudio especifico que contribuye alobjetivo general de estudiar el rol de la Corriente en Chorro en Capas Bajas al Este de los Andes comomecanismo de transporte de los productos de quema de biomasa en Sudamérica con el aporte que las técnicasmultivariadas ofrecen en la descripción de la circulación atmosférica.2. Datos y MetodologíaSobre los datos del Global Data Assimilation System (GDAS) del Nacional Center forEnvironmental Prediction (NCEP) para el periodo 2001-2005, se aplicó el criterio de Bonner para detectarlas fechas de ocurrencia de eventos CCCBC. Para ello se aplicó el criterio de Bonner modificado a loscampos de viento en los niveles de 850 hPa y 700 hPa. Después de analizar los resultados obtenidos condiferentes bases de datos de campos meteorológicos, en coincidencia con lo expuesto por Ruiz y otros(2006), para las fechas en que se produjo el evento, se trabajó con los Reanálisis (JRA-25) de la AgenciaMeteorológica Japonesa (JMA) (Onogi y otros 2007) utilizando las alturas geopotenciales y las componenteszonal y meridional del viento en 850 hPa, en una grilla de resolución horizontal de 1.25°. Con el fin deencontrar las principales características de la circulación atmosférica en 850 hPa durante los eventos CCCBCse aplicó un Análisis por Componentes Principales (ACP) en Modo T mediante el uso de Singular ValueDecomposition, identificando las principales características espaciales de los campos de las variables, o sea,aislando los subconjuntos de campos que tienen similar variabilidad espacial (Preisendorfer, 1988). Lassoluciones permiten obtener los CPs Scores y los CPs Loadings, es decir, los campos adimensionales y lasseries temporales de correlaciones entre los CPs Scores y los campos reales. Al cálculo del ACP se le aplicóuna rotación Varimax, que permitió una mejor discriminación de los eventos.3. Resultados y discusiónLos campos medios de alturas geopotenciales y viento en 850 hPa para los eventos CCCBC duranteel periodo 2001-2005 son mostrados en la figura 1. Se observa el ingreso del flujo desde el este por Brasil enbajas latitudes, el cual es desviado por la Cordillera de los Andes, y toma dirección NW-SE sobre el centrode Bolivia. Con dirección meridional ingresa en Argentina por el norte, para retomar la dirección NW-SEsobre el centro del país; las alturas geopotenciales presentan la delantera de una vaguada con eje alrededor de65°W y señalan la presencia de una zona baroclínica de orientación zonal sobre el centro de Argentina, al surde 35°S, mencionada en trabajos de otros autores.La Tabla 1 presenta los porcentajes de varianza explicada para las dos primeras componentes para laaltura geopotencial, la componente zonal y la componente meridional del viento en 850 hPa; estascomponentes representan los patrones de circulación atmosférica más importantes durante estos eventosCCCBC en el sur de Sudamérica. La varianza explicada de la componente zonal es menor que lacomponente meridional, pero es esperable debido a la configuración atmosférica de la CCCBC apunta a unimportante aporte de la componente meridional.3.1 Primera ComponenteEn la figura 2 se presenta los resultados referentes a la primera Componente Principal (CP) de laaltura geopotencial en 850 hPa, que explica el 31.2% de la varianza, descripta por la serie temporal del CPLoading (figura 2.a) y el CP Score (figura 2.b) y el campo real compuesto significativo (figura 2.c). El CPScore muestra un dipolo al sur de 40°S, con el centro de valores negativos alrededor de 75°W y sucontraparte positiva, menos intensa en términos absolutos, en 10°W. El campo compuesto correspondientede alturas geopotenciales muestra la presencia de una vaguada centrada aproximadamente en 65°W, con unaligera curvatura anticiclónica sobre el Océano Atlántico debido a la presencia del máximo relativo a la latitudde 25ºS.Respecto a las componentes del viento en 850 hPa, en la CP de la componente zonal (figura 3b), queexplica el 25.1% de la varianza, el patrón indica predominancia de dirección zonal al sur de 40°S,

concordante con la presencia de los Oestes, con sentido opuesto al norte de dicha latitud, que si bien noevidencia correlación con el dipolo reflejado por el CP Score de la altura geopotencial, es coherente con lapresencia de la Alta Semipermanente del Atlántico Sur. El campo compuesto de la componente zonal (figura3.c) muestra que las intensidades mayores se encuentran hacia el sur de la latitud mencionada, y la intensaseñal negativa que se observa sobre el Atlántico podría interpretarse como el estrechamiento que presentanlas isolíneas en esa región.La CP Score de la componente meridional presentada en la figura 4.b exhibe una importante regiónde scores negativos sobre Sudamérica, muy intensa alrededor de 60°W, con dos máximos, uno enaproximadamente 20°S, y el segundo, menos intenso, sobre el Atlántico Sur. Al oeste de 80°W y al este de30°W, se observan zonas de sentido opuesto en la componente meridional, con configuración similar a untren de ondas. En la serie temporal adimensional CP Loading (figura 4.a) se distinguen dos modos: el mododirecto (loadings mayores que 0.3, campo real en figura 4.c) y el modo indirecto (loadings menores que -0.3,campo real en figura 4.d). El modo directo exhibe mayor varianza explicada que el indirecto, lo que endefinitiva expresa que si bien en ambos casos el máximo de componente meridional del norte está localizadoen 20°S, 60°W, la penetración del chorro en capas bajas durante los eventos Chaco en el modo directo noavanza mas allá de 40°S, registrándose entonces algunos pocos eventos Chaco con vientos con componentesur en latitudes mayores a 35°S. Esto está asociado a la presencia del entorno baroclínico mencionado porotros investigadores y a la progresión de un frente frío en superficie hacia el noreste. En conjunto, lascomponentes del viento evidencian en la región norte de Argentina una mayor importancia de la componentemeridional del viento frente a la componente zonal al Este de los Andes, con predominancia en direcciónhacia el sur, con una débil componente del oeste, es decir, las condiciones de corriente en chorro en capasbajas.3.2 Segunda ComponenteLa figura 5 revela las características de la segunda CP de la altura geopotencial en 850 hPa, queexplica el 28.6% de la varianza, descripta por la serie temporal del CP Loading y el CP Score y el campocompuesto significativo. El CP Score de la altura geopotencial muestra un dipolo similar a la primera CPpero de signo opuesto y donde la mayor intensidad negativa se presenta alrededor de 30°W. El campocompuesto de eventos significativos (figura 5.c) parece mostrar ligeras diferencias en latitudes altas respectode las curvaturas de la vaguada y la cuña, difíciles de discernir a simple vista. La diferencia entre los campossignificativos del primer y el segundo CP (figura 5.d) permite percibir esas discrepancias.Si bien la segunda CP de la componente zonal (ver figura 6) explica el 21% de la varianza, es apartir de la diferencia entre los campos compuestos de la primera y la segunda CP (figura 6.c), que se puedeobservar la intensificación de la segunda componente alrededor de los 40°S, sobre el Atlántico, con un centrode máxima en 25°W, que corresponde a la mitad negativa del dipolo meridional que tiene su máximopositivo alrededor de 55° - 60°S, respondiendo a mayores intensidades de los campos compuestossignificativos de la primera CP.El dipolo presente en la primera CP de la componente meridional aparenta un corrimiento que serepresenta en la segunda CP (figura 7), tal que los centros de scores negativos y positivos ahora seencuentran alrededor de 30°W y 70°W, respectivamente, y cuyos ejes se inclinan ligeramente en direcciónNW-SE. Persiste el mínimo intenso en la región donde se aplicó el criterio de Bonner para la selección de loseventos CCCBC, como era esperable. Los modos directo e indirecto (figuras 7.c y 7.d), cuyas varianzasexplicadas son del 24.8% y 15.3%, respectivamente, a simple vista revelan leves diferencias. Para poderrealizar el análisis, se muestra la diferencia entre los campos compuestos significativos entre lascomponentes, para los dos modos.En el modo directo los mayores cambios se detectan en altas latitudes, aproximadamente en 50°S; ladisposición de tren de ondas se repite y muestra en este caso que la segunda CP selecciona los eventos másintensos en el campo meridional sobre Argentina, demostrando que son pocos los casos que resultaron, enpromedio mas intensos incluso en la región donde el criterio de Bonner se aplicó. En el modo indirecto, esaintensificación detectada en altas latitudes es mayor.4. ConclusionesEn este trabajo se presentan los resultados preliminares de los patrones característicos de gran escalaque predominan durante los eventos Chaco de la Corriente en Chorro en Capas Bajas al Este de los Andes.El estudio abarcó los campos de geopotencial y viento a fin de detectar las configuraciones de mayorrelevancia. La aplicación de un análisis por componentes principales en modo T a las alturas geopotencialesy las componentes zonal y meridional del viento en 850 hPa permitió una primera aproximación a la

identificación de los patrones principales presentes, observando la preponderancia de una vaguada sobre elpaís, el alto porcentaje de varianza que la componente meridional del viento aporta durante el evento Chacoy la eventual presencia de casos en que la penetración de la corriente en chorro no avanza mas allá de 40°S,con la consiguiente restricción del área de alcance de los productos de la quema en latitudes menores.Agradecimientos:Este trabajo fue parcialmente subsidiado por los proyectos de Universidad de Buenos Aires (UBACyT)X224 y 20020100101013 y PICT2008-1739 de ANPCyT, Argentina. Las autoras agradecen al NCEP y a laAgencia Meteorológica Japonesa (JMA) por los reanálisis meteorológicos.5. ReferenciasBonner W D. 1968. Climatology of the low level jet. Mon. Wea.Rev., 96, 833–850.Hierro R F. 2008. Estudio del rol de la corriente en chorro en capas bajas al Este de Los Andes en eltransporte de contaminantes emitidos en la quema de biomasa en Sudamérica. Tesis de Licenciatura enCiencias de la Atmósfera. Directora: Ulke A G. UBALongo K, Freitas S, Ulke AG and Hierro RF. 2006. Transport of biomass burning products in southeasternsouth America and its relationship with the south American low level jet east of the Andes. Proceedings of 8ICSHMO, Foz do Iguaçu, Brazil, April 24-28, 2006, INPE, p. 121-129Marengo JA, Soares WR, Saulo, C and Nicolini M. 2004. Climatology of the Low-Level Jet East of theAndes as Derived from the NCEP–NCAR Reanalyses: Characteristics and Temporal Variability. J . ofClimate, 17(12), 2261-2280.Nicolini M, Salio P and Borque P. 2006 Thermodynamic and kinematic characterization of the low-leveltroposphere during SALLJEX under different large-scale environments. Proceedings of 8 ICSHMO, Foz doIguaçu, Brazil, April 24-28, 2006, INPE, p. 1141-1148.Onogi, K, J. Tsutsui, H. Koide, M. Sakamoto, S. Kobayashi, H. Hatsushika, T. Matsumoto, N. Yamazaki, H.Kamahori, K. Takahashi, S. Kadokura, K. Wada, K. Kato, R. Oyama, T. Ose, N. Mannoji and R. Taira(2007) : The JRA-25 Reanalysis. J. Meteor. Soc. Japan, 85, 369-432.Preisendorfer RW, 1988. Principal Component Analysis in Meteorology and Oceanography. Elsevier,Amsterdan, The Netherlands, 425 pp.Ruiz JJ, Saulo AC y García Skabar Y. 2006. Evaluación de la representación de un sistema convectivo demesoescala utilizando el modelo RAMS. Meteorologica vol.31 no.1-2Salio P, Nicolini M and Saulo C. 2002. Chaco low-level jet events characterization during the australsummer season. Journal of Geophysical Research, 107( D24), 4816, doi:10.1029/2001 JD001315Saulo C, Ruiz J and García Skabar Y. 2007. Synergism between the Low-Level Jet and OrganizedConvection at Its Exit Region. Mon. Wea. Rev., 135, 1310–1326.Vera C, Baez J, Douglas M, Emmanuel CB, Marengo J, Meitin J, Nicolini M, Nogues-Paegle J, Paegle J.,Penalba O, Salio P, Saulo C, Silva Dias MA, Silva Dias P, and Zipser E. 2006. The South American LowlevelJet experiment. Bull. Amer. Met. Soc., 63-67Tabla IPorcentaje de varianza explicada para las dos primeras CP para la altura geopotencial (HGT), la componentezonal (UGRD) y la componente meridional (VGRD) del viento en 850 hPa.CP Varianza Varianza Varianza Varianza Varianza Varianza VarianzaHGT (%) acumulada UGRD acumulada VGRD modo VGRD modo acumuladaHGT (%) (%) UGRD (%) Directo (%) Indirecto (%) VGRD (%)1 31.18 31.18 25.09 25.09 27.32 14.93 42.252 28.58 59.76 21.00 46.09 24.81 15.27 82.33

Figura 1. Campo medio de alturas geopotenciales (contornos) y viento (flechas) en 850 hPa durante loseventos de CCCBC. (campos enmascarados donde la topografía tiene altura mayor a 1500 m).1.000.800.600.400.200.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.000 200 400 600 800 1000 1200 1400(a)(b)(c)Figura 2. Principales aspectos de la primera CP de la altura geopotencial en 850 hPa. (a) serie temporal deCP Loading y los niveles de hiperplano para ± 0.3, (b) Patrón espacial de CP Score, con áreas sombreadaspara valores de score negativos; (c) campos compuestos reales.

1.000.800.600.400.200.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.000 200 400 600 800 1000 1200 1400(a)(b)(c)Figura 3. Principales aspectos de la primera CP de la componente zonal del viento en 850 hPa. (a) serietemporal de CP Loading y los niveles de hiperplano para ± 0.3, (b) Patrón espacial de CP Score, con áreassombreadas para valores de score negativos; (c) campos compuestos reales.

1.000.800.600.400.200.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.000 200 400 600 800 1000 1200 1400(a)(b)(c)(d)Figura 4. Principales aspectos de la primera CP de la componente meridional del viento en 850 hPa. (a) serietemporal de CP Loading y los niveles de hiperplano para ± 0.3, (b) Patrón espacial de CP Score, con áreassombreadas para valores de score negativos; (c) campos compuestos reales para el modo directo; .(d) camposcompuestos reales para el modo indirecto

1.000.800.600.400.200.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.000 200 400 600 800 1000 1200 1400(a)(b)(c)(d)Figura 5. Principales aspectos de la segunda CP de la altura geopotencial en 850 hPa. (a) serie temporal deCP Loading y los niveles de hiperplano para ± 0.3, (b) Patrón espacial de CP Score, con áreas sombreadaspara valores de score negativos; (c) campos compuestos reales; (d) diferencia entre los campos significativosdel primer CP y el segundo CP.

1.000.800.600.400.200.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.000 200 400 600 800 1000 1200 1400(a)(b)(c)(d)Figura 6. Principales aspectos de la segunda CP de la componente zonal del viento en 850 hPa. (a) serietemporal de CP Loading y los niveles de hiperplano para ± 0.3, (b) Patrón espacial de CP Score, con áreassombreadas para valores de score negativos; (c) campos compuestos reales (d) diferencia entre los campossignificativos de la primera CP y la segunda CP.

1.000.800.600.400.200.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.000 200 400 600 800 1000 1200 1400(a)(b)(c) (d)(e) (f)Figura 7. Principales aspectos de la segunda CP de la componente meridional del viento en 850 hPa. (a) serietemporal de CP Loading y los niveles de hiperplano para ± 0.3, (b) Patrón espacial de CP Score, con áreassombreadas para valores de score negativos; (c) campos compuestos reales para el modo directo; (d) camposcompuestos reales para el modo indirecto; (e) diferencia entre los campos significativos de la primera CP y lasegunda CP para el modo directo; (f) diferencia entre los campos significativos de la primera CP y la segundaCP para el modo indirecto.