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Calentamiento estratosférico repentino

Un calentamiento estratosférico repentino (SSW) es un evento en el cual las temperaturas estratosféricas polares aumentan varias decenas de kelvin (hasta aumentos de aproximadamente 50 °C (90 °F)) en el transcurso de unos pocos días. [1] El calentamiento es precedido por una desaceleración y luego inversión de los vientos del oeste en el vórtice polar estratosférico , comúnmente medido a 60 ° de latitud en el nivel de 10 hPa. [2] Los SSW ocurren aproximadamente seis veces por década en el hemisferio norte (NH), [3] y aproximadamente una vez cada 20-30 años en el hemisferio sur (SH). [4] [5] En el SH, el SSW acompañado por una inversión del vórtice del oeste (que poco después es seguida por una recuperación del vórtice) se observó una vez durante el período 1979-2024; Esto ocurrió en septiembre de 2002. [6] El calentamiento estratosférico en septiembre de 2019 fue comparable o incluso mayor que el de 2002, pero no se produjo la inversión del viento. [7] [8] [9]

Historia

Las primeras mediciones continuas de la estratosfera fueron tomadas por Richard Scherhag en 1951 usando radiosondas para tomar lecturas confiables de temperatura en la estratosfera superior (~40 km) y se convirtió en el primero en observar el calentamiento estratosférico el 27 de enero de 1952. Después de su descubrimiento, reunió un equipo de meteorólogos en la Universidad Libre de Berlín específicamente para estudiar la estratosfera, y este grupo continuó mapeando la temperatura estratosférica del NH y la altura geopotencial durante muchos años usando radiosondas y cohetes-sondas .

En 1979, cuando comenzó la era de los satélites [ dudoso – discutir ] , las mediciones meteorológicas se hicieron mucho más frecuentes. Aunque los satélites se utilizaban principalmente para la troposfera , también registraban datos de la estratosfera. Hoy en día, tanto los satélites como las radiosondas estratosféricas se utilizan para tomar mediciones de la estratosfera.

Clasificación y descripción

El SSW está estrechamente asociado con la ruptura del vórtice polar . Los meteorólogos suelen clasificar la ruptura del vórtice en tres categorías: mayor, menor y final. Hasta ahora no se ha adoptado una definición estándar inequívoca de estas. [3] Sin embargo, las diferencias en la metodología para detectar SSW no son relevantes mientras la circulación en la estratosfera polar se invierta. [10] "Los SSW mayores ocurren cuando los vientos polares estratosféricos del oeste en invierno se invierten a vientos del este. En calentamientos menores, el gradiente de temperatura polar se invierte pero la circulación no, y en calentamientos finales, el vórtice se descompone y permanece del este hasta el siguiente otoño boreal". [3] Sin embargo, esta clasificación se basa en los SSW del NH, ya que no se ha observado ningún SSW mayor según esta definición en el SH en invierno. [11]

A veces se incluye una cuarta categoría, el calentamiento canadiense, debido a su estructura y evolución únicas y distintivas.

"Existen dos tipos principales de SSW: eventos de desplazamiento en los que el vórtice polar estratosférico se desplaza del polo y eventos de división en los que el vórtice se divide en dos o más vórtices. Algunos SSW son una combinación de ambos tipos". [3]

Importante

Estos fenómenos se producen cuando los vientos del oeste a 60°N y 10 hPa se invierten, es decir, se vuelven del este. Se observa una alteración completa del vórtice polar y este se divide en vórtices secundarios o se desplaza de su ubicación normal sobre el polo.

Según la Comisión de Ciencias Atmosféricas de la Organización Meteorológica Mundial : [12] : 19  "se puede decir que un calentamiento estratosférico es importante si a 10 mb o menos la temperatura media latitudinal aumenta hacia el polo desde los 60 grados de latitud y se observa una inversión de circulación asociada (es decir, los vientos medios predominantes del oeste hacia el polo de los 60° de latitud son sucedidos por vientos medios del este en la misma área)".

Menor

Los calentamientos menores son similares a los calentamientos mayores, pero son menos dramáticos: los vientos del oeste se desaceleran pero no se invierten. Por lo tanto, nunca se observa una ruptura del vórtice antes de su ruptura final. Todos los SH SSW observados desde 1979 fueron calentamientos menores, excepto el de septiembre de 2002. [11]

McInturff [12] : 19  cita a la Comisión de Ciencias Atmosféricas de la OMM: "un calentamiento estratosférico se considera menor si se observa un aumento significativo de la temperatura (es decir, al menos 25 grados en un período de una semana o menos) en cualquier nivel estratosférico en cualquier área del hemisferio en invierno. El vórtice polar no se descompone y la inversión del viento de oeste a este es menos extensa".

Final

El ciclo radiativo en la estratosfera significa que durante el invierno el flujo medio es del oeste y durante el verano es del este. En esta transición se produce un calentamiento final, de modo que los vientos del vórtice polar cambian de dirección para el calentamiento y no vuelven a cambiar hasta el invierno siguiente. Esto se debe a que la estratosfera ha entrado en la fase este del verano. Es final porque no puede producirse otro calentamiento durante el verano, por lo que es el calentamiento final del invierno actual. La mayoría de las SSW de tipo SH entran en esta categoría, ya que sus inicios se producen con mayor frecuencia en algún momento de los meses de primavera austral, y las anomalías de viento y temperatura estratosféricos tienden a persistir hasta principios del verano. [13] [14] [15] En este sentido, las SSW de tipo SH representan una marcha estacional más rápida de lo normal del vórtice polar del oeste. [14] [16] [17]

canadiense

Los calentamientos canadienses se producen a principios del invierno en la estratosfera del hemisferio norte, por lo general desde mediados de noviembre hasta principios de diciembre. No tienen contrapartida en el hemisferio sur.

Dinámica

En un invierno normal en el NH, ocurren varios eventos de calentamiento menores, y un evento importante ocurre aproximadamente cada dos años. Una razón para los grandes calentamientos estratosféricos en el NH es que la orografía y los contrastes de temperatura tierra-mar son responsables de la generación de ondas de Rossby largas ( número de onda 1 o 2) [ aclaración necesaria ] en la troposfera . Estas ondas a escala planetaria viajan hacia arriba a la estratosfera y se disipan allí, desacelerando los vientos del oeste y calentando el Ártico. [18] Esta es la razón por la que los grandes calentamientos generalmente solo se observan en el NH, con una excepción observada en septiembre de 2002. [19] [20] [21] Como el SH es en gran parte un hemisferio oceánico, [22] la actividad de las olas a escala planetaria es mucho más débil, y el vórtice del oeste del SH es mucho más fuerte en invierno, lo que explica en parte por qué no se ha observado un SSW importante en el invierno del SH al menos en la era de la observación instrumental.

En un momento inicial se establece un patrón de circulación de tipo bloqueo en la troposfera. Este patrón de bloqueo hace que [ aclaración necesaria ] las ondas de Rossby con número de onda zonal 1 y/o 2 [23] crezcan hasta alcanzar amplitudes inusualmente grandes. La onda creciente se propaga hacia la estratosfera y desacelera los vientos zonales medios del oeste. [ aclaración necesaria ] De este modo, el chorro nocturno polar se debilita y al mismo tiempo se distorsiona por las ondas planetarias crecientes. Debido a que la amplitud de la onda aumenta con la disminución de la densidad, este proceso de aceleración hacia el este no es efectivo a niveles bastante altos. [ ¿por qué? ] Si las ondas son lo suficientemente fuertes, el flujo zonal medio puede desacelerarse lo suficiente como para que los vientos del oeste de invierno giren hacia el este. En este punto, las ondas planetarias ya no pueden penetrar en la estratosfera [24] [ aclaración necesaria ] ). Por lo tanto, la transferencia ascendente de energía se bloquea por completo y se produce una aceleración muy rápida hacia el este y el calentamiento polar en este nivel crítico, que luego debe moverse hacia abajo hasta que finalmente el calentamiento y la inversión del viento zonal afecten a toda la estratosfera polar. Esta interacción onda-flujo medio explica también el acoplamiento descendente estratosfera-troposfera durante los eventos SH SSW. [8] [25] La propagación ascendente de las ondas planetarias y su interacción con el flujo medio estratosférico se diagnostica tradicionalmente a través de los llamados flujos de Eliassen-Palm. [26] [27]

Existe una relación entre los calentamientos estratosféricos repentinos y la oscilación cuasi-bienal (QBO): si la QBO está en su fase oriental, la guía de ondas atmosférica se modifica de tal manera que las ondas de Rossby que se propagan hacia arriba se concentran en el vórtice polar , intensificando su interacción con el flujo medio. Por lo tanto, existe un desequilibrio estadísticamente significativo entre la frecuencia de los calentamientos estratosféricos repentinos si estos eventos se agrupan según la fase de la QBO (oriental u occidental). Sin embargo, la relación QBO-vórtice polar es menos significativa estadísticamente en el SH. [9] [14]

Efectos del tiempo y el clima

Aunque los calentamientos estratosféricos repentinos son provocados principalmente por ondas a escala planetaria que se propagan hacia arriba desde la atmósfera inferior, también existe un efecto de retorno posterior de los calentamientos estratosféricos repentinos sobre el clima y el tiempo en la superficie. Después de un calentamiento estratosférico repentino, los vientos del oeste a gran altitud se invierten y son reemplazados por vientos del este. Los vientos del este avanzan a través de la atmósfera, lo que a menudo conduce a un debilitamiento de los vientos del oeste troposféricos, lo que resulta en reducciones drásticas de la temperatura en el norte de Europa. [28] Este proceso puede tardar entre unos días y unas semanas en producirse. [1]

Procesos descendentes similares se encuentran en el SH en las estaciones australes de fines de primavera a principios de verano. Las SSW del SH en la primavera austral tienden a causar que la concentración de ozono antártico sea más alta de lo normal desde la primavera hasta principios del verano, [15] [29] [30] [31] y tanto el vórtice más débil como el ozono antártico más alto actúan para causar que el chorro troposférico se desplace hacia el ecuador, [32] lo que se expresa como una fase negativa del Modo Anular Sur (SAM) [33] en los campos de altura geopotencial extratropical y presión superficial del SH en las estaciones posteriores de fines de primavera a principios de verano. [15] [17] [34] Se ha descubierto que las SSW en la primavera austral dan como resultado condiciones más cálidas y secas sobre el este de Australia durante fines de primavera y principios de verano, [35] [36] aumentando el riesgo de incendios forestales/matorrales, [36] pero condiciones más frías y húmedas sobre la Patagonia. [15] Además, las SSW de primavera austral hasta finales de primavera influyen en la extensión del hielo marino antártico en la temporada de principios de verano posterior. [15] [37]

Tabla de los principales eventos SSW de mediados de invierno en reanálisis[ aclaración necesaria ]productos

[ ¿Qué significan los cuatro asteriscos? ]

[42]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos