La circulación de Walker , también conocida como célula de Walker , es un modelo conceptual del flujo de aire en los trópicos en la atmósfera inferior ( troposfera ). Según este modelo, las parcelas de aire siguen una circulación cerrada en las direcciones zonal y vertical. Esta circulación, que es aproximadamente consistente con las observaciones, es causada por diferencias en la distribución del calor entre el océano y la tierra. Además de los movimientos en la dirección zonal y vertical, la atmósfera tropical también tiene un movimiento considerable en la dirección meridional como parte, por ejemplo, de la Circulación de Hadley .
La circulación de Walker está asociada con la fuerza del gradiente de presión que resulta de un sistema de alta presión sobre el Océano Pacífico oriental y un sistema de baja presión sobre Indonesia . Las circulaciones de Walker de las cuencas tropicales del Índico, el Pacífico y el Atlántico dan lugar a vientos superficiales del oeste en el verano del norte en la primera cuenca y vientos del este en la segunda y tercera cuencas. Como resultado, la estructura de temperatura de los tres océanos muestra asimetrías dramáticas. Tanto el Pacífico ecuatorial como el Atlántico tienen temperaturas superficiales frías en el verano del norte en el este, mientras que las temperaturas superficiales más frías prevalecen solo en el Océano Índico occidental. [1] Estos cambios en la temperatura superficial reflejan cambios en la profundidad de la termoclina. [2]
Los cambios en la circulación de Walker con el tiempo ocurren en conjunción con los cambios en la temperatura de la superficie. Algunos de estos cambios son forzados externamente, como el cambio estacional del sol hacia el hemisferio norte en verano. Otros cambios parecen ser el resultado de la retroalimentación océano-atmósfera acoplada en la que, por ejemplo, los vientos del este hacen que la temperatura de la superficie del mar baje en el este, mejorando el contraste de calor zonal y, por lo tanto, intensificando los vientos del este en toda la cuenca. Estos vientos del este anómalos inducen más surgencias ecuatoriales y elevan la termoclina en el este, amplificando el enfriamiento inicial causado por los vientos del sur. Desde un punto de vista oceanográfico, la lengua fría ecuatorial es causada por los vientos del este. Si el clima de la Tierra fuera simétrico respecto del ecuador, el viento transecuatorial desaparecería y la lengua fría sería mucho más débil y tendría una estructura zonal muy diferente a la que se observa hoy. [3]
La circulación de Walker fue descubierta por Gilbert Walker . El término "circulación de Walker" fue acuñado en 1969 por el meteorólogo noruego-estadounidense Jacob Bjerknes . [4]
Gilbert Walker era un matemático aplicado establecido en la Universidad de Cambridge cuando se convirtió en director general de observatorios en la India en 1904. [5] Mientras estuvo allí, estudió las características del monzón del océano Índico , cuya falta de lluvias había provocado una hambruna severa en el país en 1899. Analizando grandes cantidades de datos meteorológicos de la India y el resto del mundo, durante los siguientes quince años publicó las primeras descripciones de la gran oscilación de la presión atmosférica entre el océano Índico y el Pacífico , y su correlación con los patrones de temperatura y lluvia en gran parte de las regiones tropicales de la Tierra, incluida la India. También trabajó con el Departamento Meteorológico de la India, especialmente en la vinculación del monzón con el fenómeno de la Oscilación del Sur. Fue nombrado Compañero de la Orden de la Estrella de la India en 1911. [5]
Walker determinó que la escala temporal de un año (usada por muchos estudiosos de la atmósfera) no era adecuada porque las relaciones geoespaciales podían ser completamente diferentes según la estación. Por lo tanto, Walker dividió su análisis temporal en diciembre-febrero, marzo-mayo, junio-agosto y septiembre-noviembre.
Walker seleccionó entonces una serie de "centros de acción", que incluían zonas como la península de la India. Los centros estaban en el corazón de regiones con altas y bajas presiones permanentes o estacionales. También añadió puntos para regiones donde la lluvia, el viento o la temperatura eran un control importante.
Examinó las relaciones entre los valores de presión y lluvia en verano e invierno, centrándose primero en los valores de verano e invierno y posteriormente ampliando su trabajo a la primavera y el otoño.
Concluye que las variaciones de temperatura están generalmente gobernadas por variaciones de presión y lluvia. Anteriormente se había sugerido que las manchas solares podrían ser la causa de las variaciones de temperatura, pero Walker argumentó en contra de esta conclusión al mostrar correlaciones mensuales de las manchas solares con la temperatura, los vientos, la cobertura de nubes y la lluvia que no eran consistentes.
Walker se propuso publicar todos sus hallazgos sobre correlaciones, tanto las relaciones que se consideraban importantes como las que se consideraban poco importantes. Lo hizo con el propósito de disuadir a los investigadores de centrarse en correlaciones que no existían.
Las circulaciones de Walker de las cuencas tropicales del Índico, el Pacífico y el Atlántico dan lugar a vientos superficiales del oeste en el verano boreal en la primera cuenca y vientos del este en la segunda y tercera cuencas. Como resultado, la estructura de temperatura de los tres océanos muestra asimetrías dramáticas. Tanto el Pacífico ecuatorial como el Atlántico tienen temperaturas superficiales frías en el verano boreal en el este, mientras que las temperaturas superficiales más frías prevalecen solo en el océano Índico occidental. [6] Estos cambios en la temperatura superficial reflejan cambios en la profundidad de la termoclina. [7]
Los cambios en la Circulación de Walker con el tiempo ocurren en conjunción con cambios en la temperatura de la superficie. Algunos de estos cambios son forzados externamente, como el cambio estacional del Sol hacia el hemisferio norte en verano. Otros cambios parecen ser el resultado de la retroalimentación océano-atmósfera acoplada en la que, por ejemplo, los vientos del este hacen que la temperatura de la superficie del mar baje en el este, mejorando el contraste de calor zonal y, por lo tanto, intensificando los vientos del este en toda la cuenca. Estos vientos del este intensificados inducen más surgencias ecuatoriales y elevan la termoclina en el este, amplificando el enfriamiento inicial causado por los vientos del sur. Esta retroalimentación océano-atmósfera acoplada fue propuesta originalmente por Bjerknes. Desde un punto de vista oceanográfico, la lengua fría ecuatorial es causada por los vientos del este. Si el clima de la Tierra fuera simétrico respecto del ecuador, el viento transecuatorial desaparecería y la lengua fría sería mucho más débil y tendría una estructura zonal muy diferente a la que se observa hoy. [8] La célula de Walker está indirectamente relacionada con el afloramiento de las costas de Perú y Ecuador , que lleva agua fría rica en nutrientes a la superficie, lo que aumenta las reservas de peces. [9]
La circulación de Walker es causada por la fuerza del gradiente de presión que resulta de un sistema de alta presión sobre el Océano Pacífico oriental y un sistema de baja presión sobre Indonesia . La circulación de Walker provoca un afloramiento de agua fría de las profundidades marinas, enfriando así la superficie del mar. El Niño se produce cuando esta circulación disminuye o se detiene, ya que la circulación alterada o inhibida hace que la superficie del océano se caliente a temperaturas superiores a la media. Un aumento notable de la circulación de Walker provoca un fenómeno de La Niña al intensificar el afloramiento de agua fría de las profundidades marinas, lo que enfría la superficie del mar a temperaturas inferiores a la media.
En condiciones que no son las de El Niño, la circulación de Walker se observa en la superficie en forma de vientos alisios del este que mueven el agua y el aire calentados por el sol hacia el oeste. Esto también crea afloramientos oceánicos en las costas de Perú y Ecuador y lleva agua fría rica en nutrientes a la superficie, lo que aumenta las reservas pesqueras. [10] El lado occidental del Pacífico ecuatorial se caracteriza por un clima cálido, húmedo y de baja presión, ya que la humedad acumulada se vierte en forma de tifones y tormentas eléctricas . El océano es unos 60 cm (24 pulgadas) más alto en el Pacífico occidental como resultado de este movimiento. [11] [12] [13] [14]
Un estudio científico publicado en mayo de 2006 en la revista Nature indica que la circulación de Walker se ha ido desacelerando desde mediados del siglo XIX. Los autores sostienen que el calentamiento global es un factor causal probable del debilitamiento del patrón de vientos. [15] Sin embargo, un estudio de 2011 del Proyecto de Reanálisis del Siglo XX muestra que, aparte de los ciclos de El Niño-Oscilación del Sur, la velocidad y la dirección generales de la circulación de Walker se mantuvieron estables entre 1871 y 2008. [16]
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