La oscilación Madden-Julian ( MJO ) es el elemento más grande de la variabilidad intraestacional (de 30 a 90 días) en la atmósfera tropical. Fue descubierto en 1971 por Roland Madden y Paul Julian del Centro Nacional Estadounidense de Investigación Atmosférica (NCAR). [1] Se trata de un acoplamiento a gran escala entre la circulación atmosférica y la convección atmosférica profunda tropical . [2] [3] A diferencia de un patrón permanente como El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), la oscilación Madden-Julian es un patrón viajero que se propaga hacia el este, a aproximadamente 4 a 8 m/s (14 a 29 km/h; 9 a 18 mph), a través de la atmósfera sobre las partes cálidas de los océanos Índico y Pacífico. Este patrón de circulación general se manifiesta más claramente como lluvia anómala .
La oscilación Madden-Julian se caracteriza por una progresión hacia el este de grandes regiones de lluvias tropicales aumentadas y suprimidas, observadas principalmente sobre los océanos Índico y Pacífico. Las precipitaciones anómalas suelen ser evidentes primero sobre el Océano Índico occidental y siguen siendo evidentes a medida que se propagan sobre las aguas muy cálidas del Pacífico tropical occidental y central. Este patrón de lluvia tropical generalmente se vuelve anodino a medida que avanza sobre las aguas oceánicas principalmente más frías del Pacífico oriental, pero reaparece cuando pasa sobre las aguas más cálidas de la costa del Pacífico de América Central . El patrón también puede reaparecer ocasionalmente con una amplitud baja sobre el Atlántico tropical y una amplitud mayor sobre el Océano Índico. A la fase húmeda de mayor convección y precipitación le sigue una fase seca en la que se suprime la actividad de las tormentas . Cada ciclo dura aproximadamente entre 30 y 60 días. Debido a este patrón, la oscilación de Madden-Julian también se conoce como oscilación de 30 a 60 días , onda de 30 a 60 días u oscilación intraestacional .
Patrones distintos de anomalías de la circulación atmosférica en niveles bajos y altos acompañan al patrón relacionado con la OMJ de aumento o disminución de las precipitaciones tropicales en los trópicos. Estas características de circulación se extienden por todo el mundo y no se limitan únicamente al hemisferio oriental. La oscilación Madden-Julian se mueve hacia el este a entre 4 m/s (14 km/h, 9 mph) y 8 m/s (29 km/h, 18 mph) a través de los trópicos, cruzando los trópicos de la Tierra en 30 a 60 días, con la fase activa de la OMJ rastreada por el grado de radiación de onda larga saliente, que se mide mediante satélites meteorológicos geoestacionarios con sensores infrarrojos . Cuanto menor es la cantidad de radiación de onda larga saliente, más fuertes son los complejos de tormenta, o convección, dentro de esa región. [4]
Los vientos del oeste intensificados en la superficie (nivel superior) ocurren cerca del lado oeste (este) de la convección activa. [5] Las corrientes oceánicas, hasta 100 metros (330 pies) de profundidad desde la superficie del océano, siguen en fase con el componente de viento del este de los vientos de superficie. Antes, o hacia el este, de la mayor actividad de la OMJ, los vientos en altura son del oeste. A su paso, o al oeste del área de mayor precipitación, los vientos en altura son del este. Estos cambios de viento en altura se deben a la divergencia presente sobre las tormentas activas durante la fase intensificada. Su influencia directa se puede rastrear hacia el polo hasta 30 grados de latitud desde el ecuador en los hemisferios norte y sur, propagándose hacia afuera desde su origen cerca del ecuador a alrededor de 1 grado de latitud, o 111 kilómetros (69 millas), por día. [6]
El movimiento de la OMJ alrededor del mundo puede ocasionalmente ralentizarse o detenerse durante el verano y principios del otoño del hemisferio norte , lo que provoca un aumento constante de las precipitaciones en un lado del planeta y una disminución constante de las precipitaciones en el otro lado. [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Esto también puede suceder a principios de año. [10] [15] [16] La OMJ también puede permanecer en silencio durante un período de tiempo, lo que conduce a una actividad tormentosa no anómala en cada región del mundo. [17] [18] [19] [13] [20] [21]
Durante la temporada de verano del hemisferio norte, los efectos relacionados con la OMJ en el monzón de verano de la India y África occidental están bien documentados. También se producen efectos relacionados con la OMJ en el monzón de verano de América del Norte, aunque son relativamente más débiles. Los impactos relacionados con la OMJ en los patrones de precipitación del verano en América del Norte están fuertemente vinculados a los ajustes meridionales (es decir, norte-sur) del patrón de precipitación en el Pacífico tropical oriental. También está presente una fuerte relación entre el modo principal de variabilidad intraestacional del sistema monzón de América del Norte, la OMJ y los puntos de origen de los ciclones tropicales.
Se observa un período de calentamiento de las temperaturas de la superficie del mar entre cinco y diez días antes de un fortalecimiento de las precipitaciones relacionadas con la OMJ en todo el sur de Asia. Se ha atribuido una interrupción del monzón asiático, normalmente durante el mes de julio, a la oscilación Madden-Julian después de que su fase intensificada se desplaza hacia el este de la región hacia el océano Pacífico tropical abierto. [22]
Los ciclones tropicales ocurren durante la estación cálida boreal (generalmente de mayo a noviembre) en las cuencas del Pacífico norte y del Atlántico norte, pero cualquier año determinado tiene períodos de actividad aumentada o suprimida dentro de la temporada. La evidencia sugiere que la oscilación Madden-Julian modula esta actividad (particularmente para las tormentas más fuertes) al proporcionar un entorno a gran escala que es favorable (o desfavorable) para el desarrollo. El movimiento descendente relacionado con la OMJ no es favorable para el desarrollo de tormentas tropicales. Sin embargo, el movimiento ascendente relacionado con la OMJ es un patrón favorable para la formación de tormentas dentro de los trópicos, lo que es bastante favorable para el desarrollo de tormentas tropicales. A medida que la OMJ avanza hacia el este, la región favorecida para la actividad de ciclones tropicales también se desplaza hacia el este desde el Pacífico occidental al Pacífico oriental y finalmente a la cuenca del Atlántico.
Sin embargo, existe una relación inversa entre la actividad de los ciclones tropicales en la cuenca del Pacífico norte occidental y la cuenca del Atlántico norte. Cuando una cuenca está activa, la otra normalmente está tranquila y viceversa. La razón principal de esto parece ser la fase de la OMJ, que normalmente se encuentra en modos opuestos entre las dos cuencas en un momento dado. [23] Si bien esta relación parece sólida, la OMJ es uno de los muchos factores que contribuyen al desarrollo de ciclones tropicales. Por ejemplo, las temperaturas de la superficie del mar deben ser lo suficientemente cálidas y la cizalladura vertical del viento debe ser lo suficientemente débil para que se formen y persistan perturbaciones tropicales. [24] Sin embargo, la OMJ también influye en estas condiciones que facilitan o suprimen la formación de ciclones tropicales. La OMJ es monitoreada rutinariamente tanto por el Centro Nacional de Huracanes de EE.UU. como por el Centro de Predicción Climática de EE.UU. durante la temporada de huracanes en el Atlántico ( ciclón tropical ) para ayudar a anticipar períodos de actividad o inactividad relativa. [25]
La señal de la OMJ está bien definida en partes de África, incluida la cuenca del Congo y África Oriental . Durante las principales temporadas de lluvias en África Oriental (de marzo a mayo y de octubre a diciembre), las precipitaciones tienden a ser menores cuando el núcleo convectivo de la OMJ se encuentra sobre el Pacífico oriental, y mayores cuando la convección alcanza su punto máximo sobre el Océano Índico. [26] [27] Durante las fases "húmedas", los vientos normales del este se debilitan, mientras que durante las fases "secas", los vientos del este se fortalecen. [28]
Un aumento en la frecuencia de las fases de la OMJ con actividad convectiva en el Pacífico oriental podría haber contribuido a la tendencia a la sequía observada en la cuenca del Congo en las últimas décadas. [29] [30]
Existe una fuerte variabilidad de un año a otro (interanual) en la actividad de la oscilación Madden-Julian, con largos períodos de fuerte actividad seguidos de períodos en los que la oscilación es débil o está ausente. Esta variabilidad interanual de la OMJ está relacionada en parte con el ciclo de El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). En el Pacífico, a menudo se observa una fuerte actividad de la OMJ entre 6 y 12 meses antes del inicio de un episodio de El Niño , pero está prácticamente ausente durante los máximos de algunos episodios de El Niño, mientras que la actividad de la OMJ suele ser mayor durante un episodio de La Niña . Los eventos fuertes de la oscilación Madden-Julian a lo largo de una serie de meses en el Pacífico occidental pueden acelerar el desarrollo de El Niño o La Niña, pero generalmente no conducen por sí solos a la aparición de un evento ENOS cálido o frío. [31] Sin embargo, las observaciones sugieren que El Niño de 1982-1983 se desarrolló rápidamente durante julio de 1982 en respuesta directa a una onda Kelvin provocada por un evento de OMJ a finales de mayo. [32] Además, los cambios en la estructura de la OMJ con el ciclo estacional y ENOS podrían facilitar impactos más sustanciales de la OMJ en ENOS. Por ejemplo, los vientos en superficie del oeste asociados con la convección activa de la OMJ son más fuertes durante el avance hacia El Niño y los vientos en superficie del este asociados con la fase convectiva suprimida son más fuertes durante el avance hacia La Niña. [33] A nivel mundial, la variabilidad interanual de la OMJ está más determinada por la dinámica interna atmosférica que por las condiciones de la superficie. [ se necesita aclaración ]
Los impactos más fuertes de la variabilidad intraestacional en los Estados Unidos ocurren durante los meses de invierno en el oeste de los EE. UU. Durante el invierno, esta región recibe la mayor parte de su precipitación anual . Las tormentas en esta región pueden durar varios días o más y suelen ir acompañadas de características persistentes de circulación atmosférica . De particular preocupación son los episodios de precipitaciones extremas vinculados a las inundaciones . Hay pruebas sólidas que sugieren un vínculo entre el tiempo y el clima en esta región a partir de estudios que han relacionado la Oscilación del Sur de El Niño con la variabilidad de las precipitaciones regionales. En el Pacífico tropical, los inviernos con episodios de frío débil a moderado, o La Niña, o condiciones ENOS neutrales a menudo se caracterizan por una mayor actividad de oscilación Madden-Julian de 30 a 60 días. Un ejemplo reciente es el invierno de 1996-1997, que se caracterizó por fuertes inundaciones en California y en el noroeste del Pacífico (costos de daños estimados entre 2.000 y 3.000 millones de dólares en el momento del evento) y una OMJ muy activa. Estos inviernos también se caracterizan por anomalías relativamente pequeñas en la temperatura de la superficie del mar en el Pacífico tropical en comparación con episodios cálidos y fríos más intensos. En estos inviernos, existe un vínculo más fuerte entre los eventos de OMJ y los eventos de precipitación extrema en la costa oeste.
El escenario típico que vincula el patrón de lluvia tropical asociado con la OMJ con eventos de precipitación extrema en el noroeste del Pacífico presenta un patrón de circulación progresivo (es decir, que se mueve hacia el este) en los trópicos y un patrón de circulación retrógrado (es decir, que se mueve hacia el oeste) en las latitudes medias del Pacífico. Pacifico Norte. Las anomalías climáticas típicas del invierno que preceden a los eventos de fuertes precipitaciones en el noroeste del Pacífico son las siguientes: [34]
A lo largo de esta evolución, se observa un retroceso de las características de la circulación atmosférica a gran escala en el sector Pacífico oriental-Norteamérica. Muchos de estos eventos se caracterizan por la progresión de las precipitaciones más intensas de sur a norte a lo largo de la costa noroeste del Pacífico durante un período de varios días a más de una semana. Sin embargo, es importante diferenciar las tormentas individuales de escala sinóptica , que generalmente se mueven de oeste a este, del patrón general de gran escala, que muestra un retroceso. [34]
Existe una relación simultánea coherente entre la posición longitudinal de la precipitación máxima relacionada con la OMJ y la ubicación de los eventos de precipitación extrema en la costa oeste. Los fenómenos extremos en el noroeste del Pacífico van acompañados de un aumento de las precipitaciones sobre el Pacífico tropical occidental y la región del Sudeste Asiático denominada por los meteorólogos Continente Marítimo , con precipitaciones suprimidas sobre el Océano Índico y el Pacífico central. A medida que la región de interés se desplaza del noroeste del Pacífico a California , la región de mayor precipitación tropical se desplaza más hacia el este. Por ejemplo, los episodios de precipitaciones extremas en el sur de California suelen ir acompañados de un aumento de las precipitaciones cerca de 170°E. Sin embargo, es importante señalar que el vínculo general entre la OMJ y los eventos de precipitación extrema en la costa oeste se debilita a medida que la región de interés se desplaza hacia el sur a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos. [34]
Existe una variabilidad de un caso a otro en la amplitud y extensión longitudinal de la precipitación relacionada con la OMJ, por lo que esto debe considerarse sólo como una relación general. [34]
En 2019, Rostami y Zeitlin [35] informaron del descubrimiento de ciclones gemelos coherentes a gran escala, estables, de larga vida y que se mueven lentamente hacia el este, los llamados modones ecuatoriales , mediante un modelo de aguas poco profundas giratorio y convectivo húmedo. Las características barotrópicas más crudas de la OMJ, como la propagación hacia el este a lo largo del ecuador, la velocidad de fase lenta, la estructura hidrodinámica coherente y la zona convergente de convección húmeda, son capturadas por el modon de Rostami y Zeitlin. Tener una solución exacta de líneas de corriente para las regiones internas y externas del modo asintótico ecuatorial es otra característica de esta estructura. Se muestra que tales estructuras dipolares coherentes que se mueven hacia el este pueden producirse durante el ajuste geostrófico de anomalías de presión localizadas a gran escala en el ambiente diabático húmedo-convectivo del ecuador. [36]
En 2020, un estudio demostró que el proceso de relajación (ajuste) de anomalías de presión localizadas a gran escala en la troposfera ecuatorial inferior [37] genera estructuras que se parecen mucho a los eventos de Oscilación Madden Julian (MJO), como se ve en vorticidad, presión, y campos de humedad. En efecto, está demostrado que la baroclinicidad y la convección húmeda modifican sustancialmente el escenario del ajuste "seco" cuasi barotrópico, que se estableció en el marco del modelo monocapa de aguas poco profundas y consiste, en el sector de onda larga, en la emisión de ondas ecuatoriales de Rossby, con estructura meridional dipolar, al Oeste, y de ondas ecuatoriales de Kelvin, al Este. Si la convección húmeda es lo suficientemente fuerte, una estructura ciclónica dipolar, que aparece en el proceso de ajuste como una respuesta de onda de Rossby a la perturbación, se transforma en una estructura coherente similar a un modon en la capa inferior, que se acopla con una onda baroclínica de Kelvin a través de una zona de convección mejorada y produce, en las etapas iniciales del proceso, un patrón de vorticidad cuadrupolar autosostenida y lentamente propagada hacia el este, zonalmente disimétrica.
En 2022, Rostami et al [38] avanzaron en su teoría. Mediante un nuevo modelo multicapa pseudoespectral húmedo-convectivo de aguas someras giratorias térmicas (mcTRSW) en una esfera completa, presentaron un posible ajuste ecuatorial más allá del mecanismo de Gill para la génesis y dinámica de la OMJ. Según esta teoría, una estructura similar a la OMJ que se propaga hacia el este puede generarse de manera autosostenida y autopropulsada debido a la relajación (ajuste) no lineal de una anomalía de flotabilidad positiva a gran escala, una anomalía deprimida o una combinación de ellas. tan pronto como esta anomalía alcance un umbral crítico en presencia de convección húmeda en el ecuador. Este episodio similar a la OMJ posee una “estructura híbrida” acoplada convectivamente que consiste en un “modón cuasi ecuatorial”, con un par de vórtices mejorado, y una onda Kelvin baroclínica (BKW) acoplada convectivamente, con mayor velocidad de fase que la de la estructura dipolar en la escala de tiempo intraestacional. La interacción del BKW, después de circunnavegar todo el ecuador, con una nueva anomalía de flotabilidad a gran escala puede contribuir a la excitación de una generación recurrente del próximo ciclo de estructura similar a la OMJ. En general, la "estructura híbrida" generada captura algunas de las características más crudas de la OMJ, incluida su estructura cuadrupolar, actividad convectiva, patrones de condensación, campo de vorticidad, velocidad de fase y flujos de entrada del oeste y del este en la troposfera superior e inferior. La convección alimentada por humedad es una condición necesaria para que la "estructura híbrida" se excite y se mantenga en la teoría propuesta en esta teoría, es fundamentalmente diferente de las del modo de humedad porque el modo ecuatorial barotrópico y BKW también existen en ". ambientes secos”, mientras que no existen estructuras básicas dinámicas “secas” similares en las teorías del modo de humedad. La teoría propuesta puede ser un posible mecanismo para explicar la génesis y la estructura principal de la OMJ y hacer converger algunas teorías que anteriormente parecían divergentes.
La OMJ recorre un tramo de 12.000 a 20.000 km sobre los océanos tropicales, principalmente sobre la piscina cálida del Indo-Pacífico , que tiene temperaturas oceánicas generalmente superiores a 28 °C. Esta piscina cálida del Indo-Pacífico se ha estado calentando rápidamente, alterando el tiempo de residencia de la OMJ sobre los océanos tropicales. Si bien la vida útil total de la OMJ se mantiene en la escala temporal de 30 a 60 días, su tiempo de residencia se ha acortado en el Océano Índico entre 3 y 4 días (de un promedio de 19 días a 15 días) y ha aumentado entre 5 y 6 días en el oeste. Pacífico (de un promedio de 18 días a 23 días). [39] Este cambio en el tiempo de residencia de la OMJ ha alterado los patrones de lluvia en todo el mundo. [39] [40]
