La oscilación Madden-Julian ( MJO ) es el mayor elemento de la variabilidad intraestacional (30 a 90 días) en la atmósfera tropical. Fue descubierta en 1971 por Roland Madden y Paul Julian del Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) de Estados Unidos. [1] Es un acoplamiento a gran escala entre la circulación atmosférica y la convección atmosférica profunda tropical . [2] [3] A diferencia de un patrón estacionario 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 por encima de 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 tanto intensificadas como suprimidas, observadas principalmente sobre el océano Índico y el Pacífico. La precipitación anómala suele ser evidente primero sobre el océano Índico occidental y sigue siendo evidente a medida que se propaga sobre las aguas oceánicas muy cálidas del Pacífico tropical occidental y central. Este patrón de lluvia tropical generalmente se vuelve anodino a medida que se mueve sobre las aguas oceánicas principalmente más frías del Pacífico oriental, pero reaparece cuando pasa sobre las aguas más cálidas sobre la costa del Pacífico de América Central . El patrón también puede reaparecer ocasionalmente en baja amplitud sobre el Atlántico tropical y en mayor amplitud sobre el océano Índico. La fase húmeda de convección y precipitación intensificadas es seguida por una fase seca donde se suprime la actividad de tormentas eléctricas . 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 .
Distintos patrones de anomalías de circulación atmosférica en niveles inferiores y superiores acompañan el patrón relacionado con la OMJ de aumento o disminución de las precipitaciones tropicales en los trópicos. Estas características de circulación se extienden alrededor del globo y no se limitan solo 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 por satélites meteorológicos geoestacionarios con detección infrarroja . Cuanto menor sea la cantidad de radiación de onda larga saliente, más fuertes serán los complejos de tormentas eléctricas, o convección, dentro de esa región. [4]
Los vientos del oeste de superficie (nivel superior) intensificados se producen 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 la fase del componente de viento del este de los vientos de superficie. Antes o al este de la actividad intensificada de la OMJ, los vientos en altura son del oeste. En su estela, o al oeste de la zona de precipitaciones intensificadas, los vientos en altura son del este. Estos cambios en el viento en altura se deben a la divergencia presente sobre las tormentas eléctricas activas durante la fase intensificada. Su influencia directa puede rastrearse hacia los polos hasta 30 grados de latitud desde el ecuador tanto en los hemisferios norte como sur, propagándose hacia afuera desde su origen cerca del ecuador a alrededor de 1 grado de latitud, o 111 kilómetros (69 mi), por día. [6]
El movimiento de la OMJ alrededor del globo puede ocasionalmente desacelerarse o detenerse durante el verano y principios del otoño en el hemisferio norte , lo que lleva a un aumento constante de las precipitaciones en un lado del globo y una reducción 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 quedar en silencio durante un período de tiempo, lo que lleva a una actividad de tormentas no anómala en cada región del globo. [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 de verano de América del Norte están estrechamente vinculados a los ajustes meridionales (es decir, norte-sur) del patrón de precipitación en el Pacífico tropical oriental. También existe una fuerte relación entre el modo principal de variabilidad intraestacional del sistema monzónico de América del Norte, la OMJ y los puntos de origen de los ciclones tropicales.
Entre cinco y diez días antes de que se intensifiquen las precipitaciones relacionadas con la OMJ en el sur de Asia, se produce un período de calentamiento de las temperaturas superficiales del mar . 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 (normalmente de mayo a noviembre) tanto en las cuencas del Pacífico norte como del Atlántico norte, pero cada año tiene períodos de actividad aumentada o suprimida dentro de la temporada. La evidencia sugiere que la oscilación Madden-Julian modula esta actividad (en particular 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 eléctricas 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 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 está 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 los EE. UU. como por el Centro de Predicción Climática de los EE. UU. durante la temporada de huracanes del Atlántico ( ciclones tropicales ) para ayudar a anticipar períodos de actividad o inactividad relativa. [25]
La señal de la OMJ está bien definida en algunas partes de África, incluida la cuenca del Congo y África oriental . Durante las principales estaciones lluviosas 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 del este normales se debilitan, mientras que durante las fases "secas", los vientos del este se fortalecen. [28]
Un aumento en la frecuencia de las fases MJO con actividad convectiva sobre el Pacífico oriental podría haber contribuido a la tendencia de secado observada en la cuenca del Congo en las últimas décadas. [29] [30]
Existe una fuerte variabilidad 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 ausente. Esta variabilidad interanual de la OMJ está parcialmente vinculada al ciclo El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). En el Pacífico, la fuerte actividad de la OMJ se observa a menudo de 6 a 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 es típicamente mayor durante un episodio de La Niña . Los fuertes eventos de la oscilación Madden-Julian a lo largo de una serie de meses en el Pacífico occidental pueden acelerar el desarrollo de un El Niño o La Niña, pero por lo general no conducen por sí mismos al inicio de un evento ENSO 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 desencadenada por un evento de la OMJ a fines de mayo. [32] Además, los cambios en la estructura de la OMJ con el ciclo estacional y el ENSO podrían facilitar impactos más sustanciales de la OMJ en el ENSO. Por ejemplo, los vientos superficiales del oeste asociados con la convección activa de la OMJ son más fuertes durante el avance hacia El Niño y los vientos superficiales 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 determinada principalmente por la dinámica interna atmosférica, en lugar de las condiciones de la superficie. [ aclaración necesaria ]
Los impactos más fuertes de la variabilidad intraestacional en los Estados Unidos ocurren durante los meses de invierno en el oeste del país. 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 a menudo están acompañadas de características persistentes de circulación atmosférica . De particular preocupación son los eventos de precipitación extrema vinculados a inundaciones . Hay evidencia sólida que sugiere 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 regional de la precipitación. En el Pacífico tropical, los inviernos con frío débil a moderado, o episodios de La Niña, o condiciones neutrales al ENSO a menudo se caracterizan por una actividad intensificada de la oscilación Madden-Julian de 30 a 60 días. Un ejemplo reciente es el invierno de 1996-1997, que presentó fuertes inundaciones en California y en el noroeste del Pacífico (costos de daños estimados de $ 2.0 a 3.0 mil millones en el momento del evento) y un MJO muy activo. Estos inviernos también se caracterizan por anomalías relativamente pequeñas de la temperatura superficial del mar en el Pacífico tropical en comparación con episodios más fuertes de calor y frío. 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 lluvias tropicales 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 Norte. Las anomalías meteorológicas típicas del invierno que preceden a los eventos de precipitaciones intensas en el noroeste del Pacífico son las siguientes: [34]
A lo largo de esta evolución, se observa una regresión de las características de la circulación atmosférica a gran escala en el sector del Pacífico oriental y América del Norte. 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 a escala sinóptica , que generalmente se mueven de oeste a este, del patrón general a gran escala, que exhibe una regresión. [34]
Existe una relación simultánea coherente entre la posición longitudinal de la máxima precipitación relacionada con la OMJ y la ubicación de los eventos de precipitación extrema en la costa oeste. Los eventos extremos en el noroeste del Pacífico están acompañados de una mayor precipitación en el Pacífico tropical occidental y la región del sudeste asiático llamada por los meteorólogos el continente marítimo , con una precipitación suprimida en el océano Índico y el Pacífico central. A medida que la región de interés se desplaza desde el noroeste del Pacífico a California , la región de mayor precipitación tropical se desplaza más hacia el este. Por ejemplo, los eventos de lluvia extrema en el sur de California suelen ir acompañados de una mayor precipitación cerca de los 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 caso a caso en la amplitud y extensión longitudinal de la precipitación relacionada con la OMJ, por lo que esto debe considerarse solo como una relación general. [34]
En 2019, Rostami y Zeitlin [35] informaron sobre el descubrimiento de ciclones gemelos coherentes a gran escala, estables, de larga duración y de lento movimiento hacia el este, llamados modones ecuatoriales , mediante un modelo de aguas poco profundas rotatorio húmedo-convectivo. 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 coherente hidrodinámica 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 modon asintótico ecuatorial es otra característica de esta estructura. Se muestra que tales estructuras dipolares coherentes que se mueven hacia el este se pueden producir durante el ajuste geostrófico de anomalías de presión localizadas a gran escala en el entorno húmedo-convectivo diabático en el ecuador. [36]
En 2020, un estudio mostró que el proceso de relajación (ajuste) de anomalías de presión localizadas a gran escala en la troposfera ecuatorial inferior, [37] genera estructuras muy parecidas a los eventos de la Oscilación Madden Julian (MJO), como se observa en los campos de vorticidad, presión y humedad. De hecho, se demuestra que la baroclinicidad y la convección húmeda cambian sustancialmente el escenario del ajuste "seco" cuasi-barotrópico, que se estableció en el marco del modelo de aguas someras de una capa y consiste, en el sector de ondas largas, 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 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 zonalmente disimétrico, autosostenido y de propagación lenta hacia el este.
En 2022, Rostami et al [38] avanzaron su teoría. Mediante un nuevo modelo multicapa pseudoespectral de convección húmeda de aguas someras con rotación térmica (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, se puede generar una estructura similar a la OMJ que se propaga hacia el este 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 alcanza un umbral crítico en presencia de convección húmeda en el ecuador. Este episodio de tipo MJO posee una “estructura híbrida” acoplada por convección que consiste en un “modón cuasiecuatorial”, con un par de vórtices mejorado, y una onda Kelvin baroclínica (BKW) acoplada por convección, con una velocidad de fase mayor que la de la estructura dipolar en la escala de tiempo intraestacional. La interacción de la 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 siguiente ciclo de estructura de tipo MJO. En general, la "estructura híbrida" generada captura algunas de las características más crudas de la OMJ, incluyendo su estructura cuadrupolar, actividad convectiva, patrones de condensación, campo de vorticidad, velocidad de fase y flujos entrantes del oeste y el este en la troposfera inferior y superior. Aunque 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. Debido a que el modon ecuatorial barotrópico y el BKW también existen en entornos "secos", mientras que no hay 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 para 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 zona cálida del Indopacífico , que tiene temperaturas oceánicas generalmente más cálidas que 28 °C. Esta zona cálida del Indopacífico 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 de tiempo de 30 a 60 días, su tiempo de residencia se ha acortado sobre el océano Índico en 3 a 4 días (de un promedio de 19 días a 15 días) y ha aumentado en 5 a 6 días sobre el Pacífico occidental (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]
