Unidad 4: Corriente en chorro en capas bajas (CCCB). Aspectos climatológicos, ciclo diurno,...

Unidad 4: Corriente en chorro en capas bajas (CCCB).Aspectos climatológicos, ciclo diurno, mecanismos que contribuyen a su formación y persistencia, relación con eventos de tiempo significativo.

Laboratorio Sinóptico2012

Laboratorio Sinóptico 2012 - Claudia Campetella/Celeste Saulo

Tópicos• Introducción y definiciones• Evidencias observacionales a escala regional y

global• Procesos físicos que explican este patrón de

circulación en capas bajas• Características medias de la CCCB de Sudamérica• Estructura tri-dimensional de la atmósfera bajo

situaciones de CCCB.• Análisis de situaciones particulares - Impacto de la

CCCB sobre el tiempo significativo2


Introducción y definiciones

• En forma muy genérica puede considerarse que una corriente en chorro en capas bajas es un máximo del viento horizontal que debe darse por debajo de una cierta altura

• Para que sea “chorro” (jet) debe haber una importante cortante vertical, tanto por debajo como por arriba del máximo de viento

• De acuerdo con Ray (1986) es una corriente intensa, estrecha y cuasi-horizontal:– V > 12 m/s– Relación ancho/largo > ½– Cortantes verticales entre 5 y 10 ms-1 por km

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Definiciones

• Algunos autores se refieren al jet “nocturno”, para separar el fenómeno de mesoescala (con escalas horizontales ~20 km), caracterizado por oscilaciones diarias y aceleraciones nocturnas (recordar las clases de Met. Sinóptica y el máximo de viento nocturno en la capa estable en la CLP), de aquellas circulaciones que toman dimensiones mayores (sinóptica) y persisten durante varios días

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Laboratorio Sinóptico 2012 - Claudia Campetella/Celeste Saulo 5

Según Stensrud (1996) se distinguen:• Los identificables a partir del perfil vertical local del viento y que pueden o no presentar cortantes horizontales importantes• Los identificables en los campos de circulación en capas bajas, que se extienden entre cientos y/o miles de kms y presentan cortantes horizontales importantes, pero pueden no estar limitados a la CLP, es decir están asociados con forzantes de escala sinóptica

Definiciones


Criterio de identificación Bonner 1968

Criterio Viento máximo por

debajo de los 2000

metros

Diferencia entre el máximo y el

mínimo subsiguiente o el nivel de

3000 metros

I 12 m s-1 6 m s-1

II 16 m s-1 8 m s-1

III 20 m s-1 10 m s-1

“El máximo de viento en capas bajas debe encontrarse por debajo de los 2000 metros de altura. La cortante superior se estimará a partir de la diferencia en el módulo del viento entre el nivel del viento máximo y el mínimo subsiguiente o el nivel de 3000 metros (lo que ocurra primero)”.

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Criterios adaptados para su utilización en campos analizados sobre Sudamérica

• El máximo de la intensidad del viento (V) en 850 hPa al este de los Andes debe ser mayor o igual a 12 m/s.

• La componente meridional debe ser del norte. • La diferencia de las velocidades del viento entre 850

y 700 hPa debe ser mayor o igual a 6 m/s en algún lugar de la región abarcada por la isotaca de 12 m/s.

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Evidencias observacionalesCorrientes en chorro en el mundo

Stensrud, 1996

Grandes Planicies, USA

Somali

Korin y Southerly Buster

América del Sur

Zipser y otros 2006


Viento medio en 850 hPa para invierno y verano (sombreado: mag. viento meridional)

Máximo de viento del norte en Sta Cruz de la Sierra en Invierno y verano (débil)

Evidencias observacionales

9Laboratorio Sinóptico 2012 - Claudia Campetella/Celeste Saulo

NortheastTrades

ET

Amazonia

Energy balance

MCSLa Plata Basin

wind

Ta

Td

LLJ

N

500

200hPa

1000

800900

600

700

400

300

Altiplano

Moisture flux from Amazonia

Tomado de Marengo et al., 2003

La CCCB de SudaméricaMarengo y otros 2004


Perfil vertical

Tomada de Ruiz 2004

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Campo horizontal

Virji, 1981Saulo et al. 2002

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Posibles causas/mecanismos de formaciónLOCALES: • Blackadar (1959) introduce una teoría para explicar las oscilaciones del

viento dentro de la CLP, excitadas por el ciclo diurno de calentamiento sobre la superficie.

• Holton (1967), Mc Nieder y Pielke (1981) Bonner y Paegle (1970), estudiaron cómo se modifica este ciclo diurno debido a la presencia de una pendiente en el terreno

• Fast y McCorcle (1990) incluyeron otros efectos como las inohomogeneidades en el contenido de humedad en el suelo o el tipo de suelo

REGIONALES/SINOPTICOS:• Wexler (1961) efecto canalizador de la topografía y el acople entre la

dinámica de capas bajas y la atmósfera superior en presencia de máximos de viento en niveles altos estudiado por Uccellini y Johnson (1979), y Uccellini y otros (1987).

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El viento térmico es del sur

El viento geostrófico (supuesto del N) se debilita con la altura

S

N

La fricción actua atenuando al viento real en la CLA, con lo cual se espera observar vientos del norte SUB-GEOSTROFICOS durante el día, cerca de la superficie

Esquema de la respuesta del viento medio al calentamiento diferencial y a la fricción


Viento térmico del norte en capas bajas

El viento geostrófico del norte aumenta con la altura

N N

La fricción no es eficiente en la noche, con lo que el viento real, por encima de la capa superficial, se acelera y resultan vientos SUPER-GEOSTROFICOS del norte en horas nocturnas



Modelo teórico del acople entre capas altas y bajas

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Φ

Φ +∆Φ

Φ+2∆Φ

VgVg Vg

B

C

C

D

D

ζ <0

ζ >0HS

E

N

Va

Va

A B

A’B’

Modelo de los 4 cuadrantes – circulaciones secundarias


Componentes ageostróficas

Convergencias

Divergencias

Circulaciones transversales o secundarias

La máxima aceleración es en el eje del J

Principio de Dines

B B’ y

θ2

θ1

J

F

C

-pθ2

θ1

J

F

C

-p

A A’ y

C D

D C

D C

C D

Corte A A’ celda de circulación ⇨directa a la entrada de J Corte B B’ celda de circulación ⇨

indirecta a la salida de J

Celda Térmica indirecta

Celda Térmica directa


N

S

J

E

T+∆T

T

Celda térmica directa

Celda térmica indirecta

D

D

C

C



Climatologías de la CCCB Sudamericana

• Lichtenstein (1980) y Fernández y Necco (1982), describen, utilizando datos observacionales, la presencia de una corriente en chorro en capas bajas con dirección norte-sur al este de los Andes, en tanto que Inzunza y Berri (1990) documentaron las características del transporte de humedad y viento en capas bajas asociados con la presencia de la corriente en chorro en dichos niveles.

• Sugahara y Da Rocha (1996) la identifican a partir de los análisis del Centro Europeo

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• Figure 1: The NCEP long-term mean 850 hPa wind vectors for the months of December-February for South America. Solid dots are radiosonde stations, open circle is Santa Cruz, Bolivia.

• Douglas y otros, 1998

Figure 4: Time - height section of the mean v-wind at 15°S, 62.5°W, near the core of the SLLPW. Douglas y otros, 1998

21



Figure 6: Plot of mean wind direction and wind speed as function of height at Santa Cruz, based on all pilot balloon observations made during Jan-Mar 1998. Douglas y otros 1998

Figure 8: Mean wind speed and direction profiles for both morning and afternoon soundings at Santa Cruz.Douglas y otros 1998

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• El vacío observacional es un hecho.

• La comunidad científica concuerda en que es necesario tomar alguna acción

• Se postula la realización de un Experimento de Campo


South America Low Level Jet field EXperiment

Para comprender el rol que tiene la corriente en chorro en capas bajas en los intercambios de calor y humedad que se dan entre los trópicos y los extra trópicos así como también los aspectos de la hidrología, el clima y su variabilidad que se vinculan con esta corriente.

Del 1 de noviembre de 2002 al 28 de febrero de 2003

Objetivo:

Mejorar la descripción espacial y temporal de la CCCB

Componentes observacionales del SALLJEX : altura

• 4504 observaciones con globo piloto en 26 estaciones

• 279 Radiosondeos extra sobre Argentina, 200

sobre Bolivia y Paraguay y 120 sobre Brasil

Aproximadamente entre 4 y 6

observadores en cada punto

~140 observadore

s extra


South America Low Level Jet field EXperiment


Algunos resultados del SALLJEX

Nicolini y otros 2004

Figure 3: Mean summer diurnal wind gyre (m/s) at Asunción (Paraguay) at 1000 m asl. UTC times.

-20 0 15 10 40 70

4000

3000

2000

1000

27


Modelo simplificado de circulación en capas bajas predominante durante la

estación cálida


CHACO JET

NO-CHACO JET

JETARGENTINO

28

Cuando se cumple el criterio de CCCB y la isotaca de 12 m/s se extiende hasta 25º S, y v > 0 y además v > u Evento Chaco.


Mapas medios correspondientes a las 12 UTC


29


Climatologías del CCB Sudamericano

Marengo y otros 2004

Generada a partir del Reanálisis del NCEP. Promedios entre 1950-2000

30


• Climatología de la CCCB: viento medio en 850 hPa

Marengo y otros 2004

31


Climatología del Jet del Chaco en verano

Salio y otros 2002

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Figure 9. Meridional wind profile composite for Chaco Jet events (open dot line) and summer (solid line) at (a) Santa Cruz de la Sierra, Bolivia (17.38S, 63W); (b) Resistencia, Argentina (27S, 58W)

Salio et al (JGR, 2002)

Eventos Chaco, verano


Eventos Chaco, verano

Evento 0Día -1Día -2 Día +1Chaco Jet - Precipitación

Evento 0Día -1Día -2 Día +1

Evento Chaco Jet presión al nivel del mar

Tomado de P. Salio, disertación doctoral, 2002Laboratorio Sinóptico 2012 - Claudia Campetella/Celeste Saulo 36

Salio et al, MWR 2007

Relación CCCB – MCS (Mesoscale Convective Systems)

Flujo de humedad integrado en la vertical


Algunos ejemplos de CCCB (Chaco Jet) y su relación con la precipitación


b)

a)

Criterio de Bonner (somb), V > 12 m/s (cont) y viento en 850 hPa (izq). PNM (cont), espesor 1000/500 (somb) y viento en 850 hPa (der). a) 06z 27, b) 06z28, c) 06z29

c)

Godoy, 2008

Marzo 2007


a)

b)

c) Imagen de satélite GOES (Izq.), Temperatura adiabática equivalente (K, somb) y viento en 850 hPa (der.). a) 18z 27/3, b) 18z 28/3, c) 18z 29/3

Precipitación acumulada estimada por satélite con la técnica CMORPH (sombreado): a) desde 18 UTC del 26 de marzo hasta 00Z del 29 de marzo

Laboratorio Sinóptico 2012 - Claudia Campetella/Celeste Saulo 4321 06:00z 21 10:00z

850 hPa, 06 UTC del 21 de julio: a) viento (vectores, m/s), isotacas a partir de 12 m/s (contornos verdes, cada 5 m/s), criterio 1 de Bonner (sombreado), temperatura potencial equivalente (líneas casa 5 K), b) temperatura potencial equivalente (líneas cada 5 K), viento (vectores, m/s) y convergencia de flujo de humedad

Cerrudo y otros, 2012

Julio 2009


• Blackadar, A. K., 1957: Boundary layer wind maxima and their significance for the growth of nocturnal inversions. Bull. Amer. Meteor. Soc., 38, 283–290.

• Bonner, W. D., 1968: Climatology of the low-level jet. Mon.Wea. Rev., 96, 833–850.• Cerrudo, C., C. Campetella y N. Possia, 2012 Estudio dinámico y termodinámico de una ciclogénesis costera, Actas

CONGREMET XI, 28 de mayo al 1 de junio de 2012, Mendoza, Argentina• Douglas, M. W., M. Nicolini, and C. Saulo, 1998: Observational evidences of a low level jet east of the Andes during

January–March 1998. Meteorologica, 23, 63–72• Fernandez A. y Necco G. , 1982: Características del campo de viento en la atmósfera libre en estaciones Argentinas.

Meteorológica XIII, 2, 7-21.• Godoy, A., 2008: Ciclo de vida de bajas segregadas en el sur de Sudamérica: Un caso de estudio. Tesis de Licenciatura.

Dpto. Ciencias de la Atmósfera y los Océanos. Universidad de Buenos Aires.• Holton, J. R., 1967: The diurnal boundary layer wind oscillation above sloping terrain. Tellus, 19, 199–205.• Marengo J. A., Wagner R. Soares, Celeste Saulo y Matilde Nicolini, 2004: Climatology of the Low Level Jet East of the

Andes as Derived from the NCEP-NCAR Reanalyses: Characteristics and Temporal Variability. Journal of Climate: Vol 17, No. 12, 2261-2280.

• Nicolini, M. y A. C. Saulo, 2006: Modeled Chaco low-level jets and related precipitation patterns during the 1997-1998 warm season. Meteorology and Atmospheric Physics, Volumen 94, nros 1-4, 129-143. (DOI: 10.1007/s00703-006-0186-7)

• Paegle Jan, 1998: A Comparative Review of South American Low Level Jets. Meteorológica Vol 23. 73-81.• Salio, P. V., M. Nicolini y C. Saulo, 2002: Chaco Low Level Jet Characterization During the Austral Summer Season by ERA

Reanalysis. J. Geophys. Res.-Atmospheres, 107, D24, 32.1-32.17. • Salio, Paola (2002) Caracterización de Eventos de Corriente en Chorro en Capas Bajas de la Atmósfera en Base a Reanálisis

y la Precipitación Asociada en el Sudeste de Sudamérica. Tesis Doctoral, Departamento de Ciencias de la Atmósfera, Universidad de Buenos Aires. 221 Páginas.

• Saulo, C., J. Ruiz and Y. García Skabar, 2007. Synergism between the low level jet and organized convection at its exit region, Monthly Weather Review, Vol. 135, No. 4, 1310–1326

• Stensrud, D. J., 1996: Importance of low-level jets to climate: A review. J. Climate, 9, 1698–1711.• Sugahara, S. and R.P. da Rocha (1996). Low-level jet climatology during Southern Hemisphere summer over a South

American region (in portuguese), Proceedings of the IX Congresso Brasileiro de Meteorologia, Campos do Jordão, SP, Brazil, 1383-1387.

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