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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO FACULTAD CIENCIAS DEL MAR Y GEOGRAFÍA ESCUELA DE CIENCIAS DEL MAR Impacto de los Niños Canónico y Modoki sobre las ondas atrapadas a la costa en el Pacífico Sudoriental Trabajo de titulación para optar al título de Oceanógrafo Erika M. Sagardía Valparaíso, 2015

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO

FACULTAD CIENCIAS DEL MAR Y GEOGRAFÍA

ESCUELA DE CIENCIAS DEL MAR

Impacto de los Niños Canónico y Modoki sobre las ondas

atrapadas a la costa en el Pacífico Sudoriental

Trabajo de titulación para optar al título de Oceanógrafo

Erika M. Sagardía

Valparaíso, 2015

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ii

Comisión de Titulación

Profesor Guía: Dr. Samuel Hormazábal Fritz ________________________

Profesor Co-guía: Dr. Marcel Ramos Quezada ________________________

Profesor: M.Sc. Cristián Henríquez Pastene ________________________

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iii

AUTORIZACIÓN DE USO

Al presentar este Trabajo de Titulación como último requisito para la obtención del

título de Oceanógrafo, autorizo a la biblioteca de la Escuela de Ciencias del Mar de la

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, para que disponga libremente de ella.

Autorizo además reproducciones parciales o totales de este documento sólo con fines

académicos.

_____________________________

Erika M. Sagardía

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iv

DEDICATORIA

A mi madre Gladys, que con su sacrificio,

trabajo y apoyo, hizo posible que sea quien

soy hoy en día.

A Sebastián, quien ha estado conmigo

apoyándome en mis peores y mejores

momentos en todo este largo proceso.

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v

AGRADECIMIENTOS

Quisiera agradecer a mi familia, amigos y especialmente a mi madre por brindarme

su incondicional apoyo durante mis años de estudios y en el desarrollo del presente trabajo.

A mi Profesor guía, Samuel Hormazábal, por sus críticas, sugerencias en el

desarrollo de este trabajo y por haberme brindado un espacio dentro de su equipo y su

oficina para trabajar en esta tesis.

A Marcel Ramos por sus críticas, sugerencias, y por su generosa entrega de

conocimientos, por recibirme tan amablemente durante mi período de práctica en

Coquimbo y también por ayudar a financiar parte de este trabajo de titulación a través del

Proyecto FONDECYT Regular N°1140845, titulado "Impact of the new flavor of El Niño

on the regional oceanic circulation off Chile: the oceanic teleconnection during El Niño

Modoki"

Al Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada (SHOA) por proporcionar

los datos de nivel del mar.

A Luis Valencia, Jairo Gutiérrez, Adrián Bustamante, Cristián Henríquez y a

quienes de alguna u otra manera colaboraron en el desarrollo de esta tesis.

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vi

INDICE

Portada de presentación

Comisión de Titulación .............................................................................................. ii

Autorización de uso ................................................................................................... iii

Dedicatoria ................................................................................................................. iv

Agradecimientos ......................................................................................................... v

INDICE ...................................................................................................................... vi

RESUMEN .............................................................................................................. viii

ABSTRACT ............................................................................................................... x

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1

HIPÓTESIS ................................................................................................................ 5

OBJETIVOS ............................................................................................................... 5

Objetivo general ...................................................................................................... 5

Objetivos específicos .............................................................................................. 5

MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................... 6

Nivel del mar .......................................................................................................... 6

Vientos a lo largo de la costa .................................................................................. 7

Isoterma de 20°C .................................................................................................... 7

Forzamiento local y remoto .................................................................................... 8

Años EL Niño y El Niño Modoki ........................................................................... 8

RESULTADOS ........................................................................................................ 10

Nivel del Mar ........................................................................................................ 10

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vii

Vientos a lo largo de la costa ................................................................................ 10

Isoterma de 20°C .................................................................................................. 11

Forzamiento local y remoto .................................................................................. 12

Características de las OAC en los diferentes modos de EL Niño ......................... 12

DISCUSIÓN ............................................................................................................. 20

CONCLUSIONES .................................................................................................... 22

REFERENCIAS ....................................................................................................... 23

FIGURAS ................................................................................................................. 26

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viii

RESUMEN

El Océano Pacífico Sudoriental corresponde a uno de los principales Sistemas de

Corrientes de Borde Oriental (SCBO) en el mundo. Una de sus características son las

Ondas Atrapadas a la Costa (OAC), asociadas a las perturbaciones de baja frecuencia del

nivel del mar. Por otro lado, el SCBO es afectado por El Niño-Oscilación del sur (ENOS),

uno de los eventos de interacción océano-atmósfera más importantes a escala global, que se

desarrolla a escala interanual. Este fenómeno presenta dos modos, El Niño Canónico (ENC)

y El Niño Modoki (ENM).

Por medio del análisis de coherencia y fase, de datos del nivel del mar, anomalías de

la profundidad de la isoterma de 20°C en el ecuador y vientos a lo largo de la costa, se

caracterizó las perturbaciones de baja frecuencia correspondientes a las OAC, para los

períodos dominados por ambos modos de El Niño, para de esta manera describir el impacto

de éstos sobre las OAC.

Se obtuvo como resultado una velocidad de propagación de la onda 269,27 Km/d,

lo que muestra que la velocidad de fase, estimada sobre el nivel del mar, son muy cercanas

a las velocidades teóricas para el primer modo baroclino de una OAC. Además, se obtuvo

que ENM es más común que ENC, durante el período de estudio, presentándose 4 períodos

dominados por ENC y 9 dominados por ENM. En cuanto a los vientos, estos presentaron

mayores magnitudes en la componente meridional que en la zonal, además al sur de los

35°S se observó un cambio en la dirección y magnitud de los vientos, lo que provocó que

en este sector los resultados fueran diferentes a los encontrados al norte de esta latitud.

En cuanto al forzamiento local de las perturbaciones del nivel del mar

correspondiente a las OAC, se encontró que no existe una relación significativa entre ambas

variables durante los períodos dominados por ENC. En cuanto a períodos dominados por

ENM, se encontró que en general existe una buena relación entre las variables estudiadas

para la banda intraestacional, por lo que se puede considerar al viento a lo largo de la costa

como forzante principal de las perturbaciones de baja frecuencia en el nivel del mar. En

ambos casos esta relación cambia al sur de los 35°S, lo que concuerda con el cambio de

comportamiento de los vientos.

En cuanto al forzamiento remoto, se encontró una clara diferencia entre los períodos

dominados por ENC y los dominados por ENM, encontrando que en estos últimos la

contribución de este forzamiento es menor que en los períodos dominados por ENC.

En estos últimos, se encontró que el principal forzante de las perturbaciones

correspondiente a las OAC, corresponde justamente al forzamiento remoto producto de las

perturbaciones de la propagación de una onda de tipo Kelvin ecuatorial.

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ix

Finalmente se establece que para los períodos dominados por la fase cálida de ENC,

las perturbaciones de baja frecuencia, son dominadas por OAC que tienen principalmente

un forzamiento remoto (onda Kelvin ecuatorial), mientras que para los períodos dominados

por la fase cálida de ENM, se establece que las perturbaciones de baja frecuencia, son

dominadas por OAC que tienen principalmente un forzamiento local (vientos a lo largo de

la costa).

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x

ABSTRACT

The Southeast Pacific Ocean corresponds to one of the major Eastern Boundary

Upwelling Systems (EBUS) in the world. One of its features are Costal Trapped Waves

(OAC), associated with low frequency disturbances of sea level. The Southeast Pacific

Ocean is affected by El Niño-Southern Oscillation (ENSO), one of the most important

ocean-atmosphere interaction, which develops at interannual scale. This phenomenon has

two modes, El Niño Canon (ENC) and El Niño Modoki (MND).

Through analysis of coherence and phase data of sea level, depth anomalies of the

isotherm of 20°C at the Equator and winds along the Peru-Chile coast, we caracterized the

low-frequency disturbances associated to OAC for the periods dominated by each mode of

El Niño, in order to describe the impact of these on OAC.

A speed of wave propagation of 269.27 Km/d was obtained, which shows that the

phase velocity estimated from sea level falls in the range of the theoretical first mode of

baroclinic OAC speeds. In addition, we found that ENM was more common than ENC

during the study period, with 4 periods dominated by ENC and 9 dominated by ENM.

Concerning the winds, the meridional component had generally higher magnitude than the

zonal component and south of 35°S, there was a change in the direction and magnitude of

the winds which caused the results to be different to those found north of this latitude.

Concerning local forcings of sea level perturbations by OAC, we found that there is

no significant relationship between both variables during periods dominated by ENC. In

contrast, for periods dominated by ENM, we generally found a good relationship between

the variables studied in the intraseasonal band, so the wind can be seen along the coast as

the main forcing of low frequency disturbances of the sea level during these periods. In

both cases, this relationship changes south of 35°S, consistent with changing wind patterns.

Concerning remote forcings, we found a clear difference between periods

dominated by ENC or ENM. The contribution of the remote forcings is lower during

periods dominated by ENM than in periods dominated by ENC. In the latter, we found that

the main forcing of sea level perturbations by OAC corresponds exactly to the remote

forcing by alongshore propagating equatorial Kelvin wave type.

Finally, we state that for the periods dominated by the warm phase of ENC, the low-

frequency disturbances are dominated by OAC mainly generated through a remote forcing

(equatorial Kelvin wave), while for the periods dominated by the warm phase of ENM,

low-frequency disturbances are dominated by OAC mainly due a local forcing by

alongshore winds.

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1

INTRODUCCIÓN

El Océano Pacífico Sudoriental corresponde a uno de los principales Sistemas de

Corrientes de Borde Oriental (SCBO) en el mundo. Este sistema de corrientes se caracteriza

por presentar una plataforma continental relativamente angosta, entre 10 y 100 km de

ancho, y tener una orientación meridional en gran parte de su dominio (Hill et al., 1998).

En las regiones subtropicales de este sistema, las condiciones atmosféricas son controladas

por sistemas de alta presión que generan vientos favorables a la surgencia costera durante

gran parte del año (Strub et al., 1998). Los vientos de gran escala generan un flujo

superficial hacia el ecuador, que se denomina Corriente de Humboldt (Strub et al., 1998).

Bajo la capa superficial sobre el talud y la plataforma continental, se ha observado una

corriente subsuperficial en dirección hacia el polo, la que se denomina Corriente

subsuperficial Perú-Chile (Spillane et al., 1987; Endfield, 1987; Neshyba et al., 1989).

El Sistema de Corrientes del Borde Oriental del Pacífico Sudoriental es afectado por

El Niño-Oscilación del sur (ENOS), uno de los eventos de interacción océano-atmósfera

más importantes a escala global, que se desarrolla a escala interanual (Hill et al., 1998). El

nombre El Niño, se refiere al hecho de que los pescadores artesanales identificaron la

aparición de aguas inusualmente cálidas en las costas de Perú alrededor de la festividad de

Navidad, denominando este proceso como “la corriente de El Niño”, haciendo referencia al

nacimiento del niño Jesús.

El ciclo ENOS consiste en una oscilación entre una fase cálida (El Niño) y una fase

fría (La Niña), que se manifiesta principalmente a través de un calentamiento o

enfriamiento anormal de la Temperatura Superficial del Mar (TSM) en el Océano Pacífico

ecuatorial central y oriental. Estas variaciones de la TSM alcanzan la costa norte y sur de

América y traen consigo alteraciones significativas en los patrones climáticos, que se

desarrollan incluso en algunas regiones muy apartadas del globo. Por su parte, el ciclo

ENOS se desarrolla en forma aperiódica presentándose a intervalos irregulares que oscilan

aproximadamente entre 3 y 7 años (Maturana et al., 2004). En la última década se ha

observado que existen dos modos de variabilidad asociado al fenómeno de El Niño, El

Niño Canónico y El Niño Modoki. (Figura 1).

La componente oceánica del ciclo ENOS canónico, está caracterizado por la

aparición de fuertes anomalías positivas (durante El Niño) o negativas (durante La Niña) de

TSM en regiones específicas de la cuenca del Pacífico tropical y costa sudamericana, las

que se prolongan por varios meses. Las anomalías positivas de la TSM se asocian al

hundimiento de la termoclina y la reducción de la surgencia costera, mientras que las

anomalías negativas de la TSM se asocian a la elevación de la termoclina y fortalecimiento

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2

de la surgencia costera. El nivel del mar también experimenta anomalías positivas (durante

El Niño) y negativas (durante La Niña), en la región del Pacífico tropical y costa

sudamericana (Maturana, 2004). La componente atmosférica del ciclo ENOS canónico, está

asociada a una fluctuación interanual cuasi-sincrónica de dos sistemas de presión a gran

escala: el sistema de baja presión atmosférica superficial, ubicado sobre el lado oeste del

océano Pacífico ecuatorial, y el sistema de alta presión atmosférica superficial (anticiclón),

ubicado en los subtrópicos orientales del océano Pacífico sur (Maturana et al., 2004).

El fenómeno de El Niño Modoki (término japonés que significa similar pero

diferente), fue identificado por primera vez en el año 2004 por Toshio Yamagata de la

Universidad de Tokio, al tratar de explicar eventos extraordinarios de lluvia y sequía en

Japón y en el resto del mundo, a pesar de no haberse observado el patrón típico de

anomalías de TSM que identifican a El Niño (Ashok y Yamagata, 2009). El Niño Modoki

se desarrolla en la parte occidental, sobre lo que se denomina la “piscina de agua caliente”

(gran cantidad de agua caliente frente a Australia que se encuentra hasta unos 100 metros

de profundidad, con temperaturas que superan los 20°C).

Las anomalías de la TSM de El Niño Modoki son menores a las de El Niño

Canónico (Yamagata et al., 2009). Investigaciones dan cuenta de este otro patrón de

anomalías de TSM en el Pacífico central, que no necesariamente llega a acoplarse con el

Pacífico oriental, el cual se convierte en el segundo modo dominante de variabilidad

interanual en el Pacífico tropical: El Niño Modoki. Este Niño se caracteriza por un débil

efecto en la temperatura del mar, en la temperatura del aire, y en las lluvias en la costa

Sudamericanas, pero con significativos impactos remotos en otras partes del mundo (Ashok

et al., 2007; Ashok & Yamagata, 2009; Takahashi et al, 2011). El Niño Modoki se define

como una condición anómala en la que las temperaturas más cálidas se presentan en el

Océano Pacífico Tropical central, mientras que al este y al oeste de dicha región se

presentan aguas más frías. Además, estas anomalías de temperatura se encuentran asociadas

a patrones distintos de convección atmosférica (Yamagata et al., 2009). El Niño Modoki

involucra un proceso acoplado Océano-Atmósfera, que incluye un patrón tripolar único de

presión atmosférica durante su evolución, análogo a la Oscilación del Sur en el caso de El

Niño, el cual a su vez es llamado El ENOS Modoki (Yamagata et al., 2009)

Por otro lado, algunos modelos del borde oriental del Pacífico indican que los

cambios de las corrientes, con escalas de tiempo comprendidas entre la intraestacional y la

interanual (o incluso períodos mayores), son dependientes del viento a lo largo de la costa y

del forzamiento remoto de origen ecuatorial (McCreary et al., 1987; Clarke & Van Gorder,

1994; Pizarro et al., 2001).

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3

Asimismo, tanto las evidencias teóricas como observacionales, muestran que gran

parte de la variabilidad de baja frecuencia del nivel del mar y las corrientes en el borde

oriental del Pacífico Sur, se debe a OAC forzadas remotamente (Spillane et al., 1987;

Enfield, 1987; Shaffer et al., 1997). Las OAC son forzadas en gran medida por ondas

ecuatoriales de baja frecuencia que al chocar con la costa oeste de América se propagan

hacia el polo como OAC (Moore, 1968; Clarke, 1992). La teoría también indica que para

una frecuencia dada, en el borde oriental de los océanos, existe una latitud crítica a partir de

la cual el movimiento hacia el polo permanece atrapado a la costa como una OAC, y hacia

el ecuador de la latitud crítica puede propagarse hacia el oeste como ondas de Rossby

(Clarke & Shi, 1991). Las ondas atrapadas a la costa (OAC) son uno de los rasgos más

característicos en los sistemas costeros, y pueden explicar gran parte de la variabilidad de

baja frecuencia de las corrientes en los bordes de los océanos. La formulación matemática

del modelo de OAC considera las ecuaciones lineales de movimiento, con rotación

constante, una estratificación horizontal uniforme, además de las aproximaciones de

Bussinesq e hidrostática. En el modelo la topografía solo varía transversalmente a la

plataforma, es decir esta no varía a lo largo de la costa y las frecuencias de las oscilaciones

son menores a la inercial (ω < f). Varios estudios han utilizado este modelo para analizar la

variabilidad asociada a OAC. (Chapman, 1987; Ramp et al., 1997; Pizarro & Shaffer, 1998,

Pizarro, 1999; Hormazábal et al., 2002).

En el bode oriental de Océano Pacífico, el forzamiento remoto de las OAC fue

reconocido inicialmente usando registros del nivel del mar (Spillane et al., 1987; Enfield,

1987). Estas observaciones mostraron que las perturbaciones de baja frecuencia del nivel

del mar estaban asociadas a la propagación hacia el polo de OAC con velocidades

comparables al primer modo baroclino de una onda tipo Kelvin, forzada en el Pacífico

Ecuatorial Central. (Figura2) Las fluctuaciones más energéticas se encontraron en la banda

intraestacional, entre 30-70 días (Spillane et al., 1987; Enfield, 1987). La variabilidad en

esta banda de frecuencia estaría relacionada principalmente con perturbaciones originadas

por fluctuaciones en los vientos en el Pacífico Ecuatorial Central, producidas por las

oscilaciones de Madden-Julian (Madden & Julian, 1972). Estos vientos generan

perturbaciones baroclínicas en el océano conocidas como ondas de Kelvin ecuatoriales, que

viajan hacia el este por la guía ecuatorial. Al incidir sobre el borde costero, estas ondas

generan OAC que viajan hacia el polo a lo largo de la costa de Perú-Chile (Cornejo-

Rodríguez & Enfield, 1987). Estudios realizados frente a la costa de Perú han mostrado

que las perturbaciones del nivel del mar de origen remoto, especialmente en la banda

intraestacional, presentan un aumento de energía durante la fase cálida de los eventos El

Niño-Oscilación del Sur (ENOS) en comparación a períodos no El Niño. (Cornejo-

Rodríguez & Enfield, 1987).

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4

La variabilidad intraestacional de las corrientes asociadas a OAC en la zona centro-

norte de Chile es modulada estacionalmente e interanualmente por los eventos ENOS

(Shaffer et al., 1997 y 1999). Durante El Niño se presenta una mayor variabilidad que

durante La Niña. En invierno la variabilidad intraestacional es más débil que en el resto de

las estaciones del año. En el estudio realizado por Hormazábal et al., (2002), se plantea que

al sur de 20°S, parte de la variabilidad intraestacional registrada en el nivel del mar y las

corrientes es forzada por el viento a lo largo de la costa (viento local) , cuyas fluctuaciones

se asocian al Pacífico ecuatorial a través de un patrón de teleconexiones atmosféricas. De

esta forma proponen dos caminos para el forzamiento de las oscilaciones intraestacionales

de las corrientes observadas en la costa de Chile, uno oceánico y uno atmosférico.

La finalidad de este trabajo es estudiar las características de las ondas atrapadas a la

costa en los períodos dominados por la fase cálida de ambos modos de El Niño, con

relación al forzamiento local y remoto. Para ello se analizan mediante espectros de

coherencia y fase, series de tiempo del nivel del mar frente a la costa del Pacífico

Sudoriental, anomalías en la profundidad de la isoterma de los 20°C en el ecuador y vientos

a lo largo de la costa, en un período de 34 años. Posteriormente se definen las

características de la OAC en ambos modos, relacionando los resultados del análisis

estadístico, con los períodos cálidos de El Niño Canónico y de El Niño Modoki, los que

serán definidos mediante el uso de índices climáticos específicos.

El presente trabajo de título se encuentra estructurado de la siguiente forma: primero

se plantea la hipótesis y los objetivos del trabajo. Posteriormente, en el capítulo de

materiales y métodos, se presenta la información analizada, su procesamiento y la

metodología utilizada en el análisis. En el capítulo siguiente, se muestran los principales

resultados obtenidos del análisis de series de tiempo el cual contempla la relación respecto

al forzamiento local y remoto, mediante espectros de coherencia y fase, y la división y

caracterización de las OAC para cada modo de El Niño. Posteriormente se discutirán los

resultados y se presentarán las principales conclusiones de este trabajo.

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5

HIPÓTESIS

Durante períodos asociados a Niños Modoki (Niños del Pacífico central), las OAC

en la costa de Sudamérica son forzadas principalmente por el esfuerzo del viento a lo largo

de la costa (forzamiento local), en cambio en los períodos asociados a Niños Canónico

(Niños del Pacífico oriental) las OAC son forzadas principalmente por ondas Kelvin

ecuatoriales (forzamiento remoto).

OBJETIVOS

Objetivo general

Determinar el impacto de los Niños Canónico y Modoki sobre las ondas atrapadas a la

costa en el Pacífico Sudoriental.

Objetivos específicos

Determinar la relación de las ondas atrapadas a la costa con el forzamiento local y el

forzamiento remoto.

Reconocer y diferenciar los períodos dominados por los Niños Canónico y Modoki.

Determinar las características de las ondas atrapadas a la costa (OAC), durante los períodos

dominados por los diferentes modos de El Niño (Canónico y Modoki).

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6

MATERIALES Y MÉTODOS

En este capítulo se detallan las características y origen de la información analizada,

además del procesamiento y métodos utilizados en este trabajo.

La información utilizada corresponde a datos horarios del nivel del mar (1980-

2014), esfuerzo del viento a lo largo de la costa Sudamericana, profundidad de la isoterma

de 20°C en la zona ecuatorial (5°N-5°S) e índices climáticos de El Niño.

La zona de estudio corresponde al borde oriental del Pacífico Sur, entre 10°S y

40°S, donde se usaron seis estaciones mareográficas ubicadas en este sector, Callao, Arica,

Antofagasta, Caldera, Valparaíso y Talcahuano. La ubicación y coordenadas geográficas de

las diferentes estaciones mareográficas se presentan en la Figura 3 y la Tabla 1,

respectivamente.

Nivel del mar

Los datos del nivel del mar utilizados corresponden a datos horarios que abarcan un

período de medición de 34 años, desde 1980 al 2014. La información perteneciente a

Callao, Antofagasta, Caldera y Valparaíso, fue obtenida desde el sitio web University of

Hawaii Sea Level Center (UHSLC, http://uhslc.soest.hawaii.edu/data/download/fd),

mientras que la información de Arica y Talcahuano fue facilitada por el Servicio

Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile (SHOA).

Tabla 1. Coordenadas geográficas de las diferentes estaciones mareográficas utilizadas

Estación Latitud Longitud

Callao

Arica

Antofagasta

Caldera

Valparaíso

Talcahuano

12°03’ S

18°29’ S

23°39’ S

27°03’ S

33°02,45’ S

36°43’ S

77°09’ W

70°18’ W

70°24’ W

70°50’ W

71°37,63’ W

73°07’ W

Las series de tiempo de las distintas estaciones fueron sometidas a un control de

calidad, para eliminar datos escapados. Luego, se completaron las diferentes brechas

existentes, para lo cual se realizó una interpolación lineal para rellenar las brechas cortas

(1-2 días). Posteriormente se aplicó un filtro para eliminar las frecuencias correspondientes

a las mareas (Filtro Godin), y se obtuvieron los promedios diarios a los que se les realizó

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7

una interpolación mediante armónicos para eliminar las brechas de mayor longitud a las

interpoladas linealmente.

Con estos datos se realizó un análisis estadístico en el dominio del tiempo (análisis

de correlación cruzada) para identificar la señal correspondiente a las ondas atrapadas a la

costa (OAC). Además fueron utilizados en un análisis en el dominio de la frecuencia

(análisis espectral). Este último análisis permite determinar cómo se distribuye la varianza

o energía de una serie en función de la frecuencia (Emery & Thompson, 2001), y fue

utilizado para reconocer si las OAC han sido forzadas local o remotamente.

Vientos a lo largo de la costa

Los datos del esfuerzo del viento para el período de 34 años, 1980-2014, se

obtuvieron del NCEP/ NCAR Reanalysis 1. Surfaces, del Earth System Research

Laboratory (http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.Reanalysis.surface.html).

Estos datos diarios globales corresponden a información proveniente de modelos de vientos

y observaciones provenientes de estaciones meteorológicas costeras y poseen una

resolución de 2,5° x 2,5°.

Las grillas de datos considerados, poseen un rango latitudinal de entre 10°S y 40°S,

y un rango longitudinal de entre 70°W y 90°W y se encontraban separados por componente

zonal (u) y meridional (v), por lo que, para encontrar los vientos a lo largo de la costa, fue

necesario ajustar la dirección de los vientos al ángulo de la costa. Para esto se realizó un

suavizamiento de la costa mediante una interpolación lineal, ajustando una línea recta cada

100km de costa. Luego se obtuvieron las celdas de la cuadrícula con datos válidos más

cercanas a la costa y se ajustó la orientación de estos al ángulo de la latitud

correspondiente. Con esto se obtuvo una serie de tiempo de los vientos a lo largo de la

costa para cada latitud con datos, con las cuales se realizó el análisis en el dominio de la

frecuencia.

Isoterma de 20°C

La información correspondiente a la profundidad de la isoterma de 20°C en la franja

ecuatorial 5°N y 5°S, fue obtenida desde el programa TOGA-TAO (http://www.pmel.noaa.

gov/tao/data_deliv/deliv.html). Se utilizaron promedios diarios de la boya localizada en

110° W, debido a que en este sector se encontraba la serie de datos más larga que abarca los

34 años del período de estudio (1980-2014)

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Los datos corresponden a 8 boyas, ubicadas entre 5°N y 5°S. A estas se le calculó la

anomalía de temperatura, y se rellenó la mayoría de las brecha mediante el promedio

simple de las ocho boyas. Luego de este proceso, las brechas que quedaron y que tenían

una longitud igual o menor a dos días, fueron rellenadas mediante una interpolación lineal.

Posteriormente esta serie fue utilizada para el análisis en el dominio de la frecuencia.

Años EL Niño y El Niño Modoki

Para poder reconocer y diferenciar los períodos correspondientes a las fases cálidas

de El Niño Canónico y El Niño Modoki durante el período de estudio, se utilizaron índices

climáticos específicos para cada uno de ellos. Para el período 1980- 2007 se aplicó el

análisis desarrollado por Brito 2011, en donde se utilizaron los índices Niño3 y EMI (El

Niño Modoki index). Para el período 2009-2010, se utilizó la caracterización realizada por

Yeh et al., 2009.

Una vez reconocidos los diferentes períodos dominados por ambos modos de El

Niño, se extrajeron los datos pertenecientes a cada uno de estos agrupando los datos de El

Niño Canónico y de El Niño Modoki, de manera separada, formando nuevas series de

tiempo en donde sólo se consideraban estos datos.

Finalmente las nuevas series se utilizaron en la realización de este estudios y con

ellas de determinaron las características de las OAC durante cada uno de los modos de El

Niño.

Forzamiento local y remoto

La relación de las OAC con el forzamiento local y remoto se determinó utilizando

técnicas de análisis espectral (espectros de coherencia y fase) entre las diferentes series

involucradas. La coherencia cuadrada (C2) es una medida de la relación lineal existente

entre dos series en el dominio de la frecuencia (ω), por lo que la función fase (θ) puede

usarse como un indicador del rezago existente entre las series a una frecuencia específica

medida en grados o radianes. En este análisis se relacionaron las series de fluctuaciones del

nivel del mar con el esfuerzo del viento, y las series de fluctuaciones del nivel del mar con

la anomalía de la profundidad de la isoterma de 20°C en el ecuador.

La coherencia cuadrada entre las diferentes estaciones del nivel del mar y las

variables de forzamiento local y remoto fue estimada utilizando el método de Welch. Ésta

técnica mide el grado de asociación y la diferencia de fase entre dos series de tiempo para

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cada frecuencia. Se determinó la cantidad de trozos y grados de libertad a usar, cuidando

que las frecuencias buscadas fueran bien resueltas. Posteriormente se realizó una

superposición del 10% del largo del segmento, y se realizó un “padding” con ceros, hasta

la potencia de dos superior más cercana, de tal forma de poder llegar a las frecuencias más

bajas posibles. Se utilizó la ventana espectral Hanning (campana de Gauss). Este análisis se

realizó de manera gráfica tomando sólo las frecuencias positivas, utilizando un alfa igual a

0.05, para tener un intervalo de confianza del 95%, y se calculó el nivel de significancia,

correspondientes al grado de libertad determinado para el estudio. En el caso del

forzamiento remoto se consideró además un alfa de 0.15, con un intervalo de confianza del

85%. Para el espectro de fase se tomaron los valores para los diferentes niveles de

significancia y se graficaron, solo para las C2 significativas, las bandas de frecuencia de la

serie. Finalmente se graficó la fase y coherencia cuadrada para cada análisis. En el caso de

la coherencia entre el nivel del mar y el forzamiento remoto se realizaron gráficas de

coherencia y fase para cada estación del nivel del mar con su respectiva línea de nivel de

significancia.

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RESULTADOS

En la primera sección se describen las características oceanográficas de la zona de

estudio, considerando las series del nivel del mar y el análisis en el dominio del tiempo. En

la sección siguiente se describen y analiza el forzante local (viento a lo largo de la costa), y

el forzante remoto (anomalía de la profundidad de la isoterma 20°C en el ecuador) . En una

tercera sección se presentan los resultados del análisis de forzamiento local y remoto de las

OAC, obtenido a través de coherencia y fase entre las series del nivel de mar y el viento a

lo largo de la costa y entre el nivel del mar y la profundidad de la isoterma 20°C en el

ecuador. Finalmente, en la última sección, se presentarán los resultados separadamente

considerando los períodos dominados por la fase cálida de El Niño Canónico y de El Niño

Modoki, describiendo las características de las OAC para cada modo.

Nivel del Mar

Para examinar la variabilidad de baja frecuencia del nivel del mar en la zona de

estudio, correspondiente a las Ondas Atrapadas a la Costa (OAC), se utilizaron series

horarias de 34 años de datos horarios de Callao, Arica, Antofagasta, Caldera, Valparaíso y

Talcahuano. Estas series fueron filtradas con un filtro Godin y luego llevadas a promedios

diarios. Las brechas fueron rellenadas de acuerdo a la metodología, obteniendo las

diferentes series de tiempo con las que se realizaron los siguientes análisis. (Figura 4).

Se realizó una correlación cruzada entre las diferentes series de tiempo, determinar

las características de la propagación de las OAC, (velocidad de desfase). Con esto se

obtuvo el tiempo en que llega la onda a cada estación oceanográfica (Figura 5). Además se

logró obtener una velocidad de propagación de norte a sur es de 269,27 km/día (Figura 6),

lo que confirma la presencia de las OAC.

Vientos a lo largo de la costa

Los promedios diarios de las componentes zonal (u) y meridional (v) del viento se

presentan en la Figura 7, donde se puede apreciar que los vientos meridionales poseen

mayores magnitudes que los vientos zonales, que son transversales a la costa.

Las magnitudes de la componente meridional (v) del viento, llegan a un máximo

por sobre 10ms-1

, cerca de 34°S, y disminuye su magnitud hacia el norte. De igual manera,

la componente zonal (u) del viento, presenta un aumento en las magnitudes a medida que

las latitudes aumentan, presentando menores magnitudes en latitudes menores. Cabe

destacar que en la zona oceánica se puede apreciar, que al sur de 35°S, se presenta un

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11

cambio en la dirección del viento en ambas componentes, con magnitudes de

aproximadamente 6ms-1

.

Para obtener los datos correspondientes a los vientos a lo largo de la costa, se

utilizó una costa suavizada cada 100 km (Figura 8) y se determinaron los ángulos de la

línea de la costa a las latitudes donde se contaba con datos de viento (Tabla 2), de tal forma

poder obtener la componente del viento paralela a la costa

Tabla 2. Latitud y longitud correspondiente al dato más cercano a la costa y los correspondientes

ángulos de la línea de la costa respecto al norte.

Latitud Longitud Ángulo respecto al norte

10,0° S

12,5° S

15,0° S

17,5° S

20,0° S

22,5° S

25,0° S

27,5° S

30,0° S

32,5° S

35,0° S

37,5° S

40,0° S

78,500° W

77,125° W

75,875° W

71,625° W

70,375° W

70,500° W

70,750° W

71,250° W

71,750° W

71,750° W

72,500° W

73,875° W

74,000° W

-34,4976

-38,8727

-47,3483

-54,8910

0,6727

6,6670

34,8063

2,5662

2,8945

5,4462

33,1306

16,4431

19,8012

Luego de obtenidas la dirección y magnitud de los vientos para cada latitud se

realizó una traslación de vectores simple alineándolos a la costa. Con esto se obtuvieron 13

series de tiempo, una para cada latitud, las que se presentan en las figura 9 y figura 10. En

estas se puede observar que las magnitudes de los vientos van aumentando a medida que

aumenta la latitud, teniendo un máximo de 6,7ms-1

a 10°S, mientras que a 40°S, el máximo

alcanza los 20,7ms-1

.

Isoterma de 20°C

Las anomalías de la profundidad de la isoterma de 20°C en el ecuador, provenientes

de 8 boyas ubicadas en 110° W, entre 5° N y 5°S, fueron promediadas diariamente para

acortar las brechas existentes. Las brechas con un largo igual o inferior a dos días fueron

interpoladas linealmente. Finalmente, se obtuvo la serie de tiempo de anomalías diarias de

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12

la profundidad de la isoterma de 20°C, con la que luego se realizaron los análisis

estadísticos. (Figura 11)

Características de las OAC en los diferentes modos de EL Niño

Para determinar las características de las OAC en los diferentes períodos de El

Niño, se seleccionaron los períodos dominados por la fase cálida de cada modo. Para esto

se utilizó la metodología de Brito, 2011, unida a la caracterización realizada por Yeh et al.,

2009, con lo que se obtuvieron los periodos mostrados en la Tabla 3.

Como resultado de esta clasificación se observó que en el período de estudio se

presentan 4 períodos dominados por El Niño Canónico (ENC) y 11 períodos dominados por

El Niño Modoki (ENM).

Tabla 3. Períodos dominados por la fase cálida de El Niño Canónico y períodos dominados por la fase

cálida de El Niño Modoki.

Años El Niño Canónico Años El Niño Modoki

1982/1983

1987/1988

1997/1998

2006/2007

1986/1987 1990/1991

1991/1992 1992/1993

1993/1994 1994/1995

2002/2003 2004/2005

2009/2010

De acuerdo a esta división, se separaron los datos correspondientes a los diferentes

modos de El Niño y se construyó una serie de tiempo para cada uno, considerando sólo los

datos pertenecientes a cada período (Figura 12). Dado que las series no son correlativas en

el tiempo es probable que algunas señales no se puedan observar bien. Sin embargo, fuera

de la diferencia entre la cantidad de datos para cada modo y pese a que en los períodos

Modoki se pueden apreciar más marcados algunos ciclos que en los períodos Canónico no

existen grandes diferencias entre ambos modos.

Forzamiento local y remoto

La relación del forzamiento local y remoto con las series del nivel del mar, se

analizó mediante espectros de coherencia y fase. Los resultados obtenidos fueron los

siguientes:

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13

Forzamiento local

Para determinar el efecto del forzamiento local sobre las perturbaciones baja

frecuencia a lo largo de la costa del Pacífico Sudoriental, se analizó la relación entre los

vientos a lo largo de la costa y el nivel del mar a lo largo de la costa. Debido a que la

cantidad de series era alta, se decidió realizar matrices de coherencia y observar de manera

visual la relación entre ellas. Para esto se realizaron, para cada modo, 13 correlaciones,

cada una correspondiente a la relación entre el nivel del mar a los largo de la costa del

Pacífico Sudoriental y el viento a una latitud dada. La banda más importante en este estudio

es la banda intraestacional, con períodos entre 30 y 90 días, por lo tanto el análisis se

centrará en esta parte del espectro de coherencia y fase. El nivel de significancia utilizado

corresponde al 95%.

Los resultados obtenidos de coherencia y fase entre las diferentes estaciones del

nivel del mar y los vientos a lo largo de la costa se presentan separados por latitud de los

vientos desde la figura 13 a la figura 25, en estas podemos ver los valores significativos de

coherencia y su respectiva fase, tanto para los períodos dominados por la fase cálida de EL

Niño Canónico (ENC), como para los períodos dominados por la fase cálida de El Niño

Modoki (ENM).

Podemos observar que en cuanto a los períodos dominados por ENC, los vientos a

10°S (Figura 13), no presentan coherencia significativa con las perturbaciones del nivel del

mar dentro de la banda intraestacional, en cambio presenta coherencias significativas en

períodos menores y mayores, dentro de esto últimos encontramos significancias dentro de

la señal anual y semi anual entre Callao-Arica y Antofagasta-Talcahuano, las que presentan

una desfase de -180°.

En cuanto a los vientos a 12,5°S (Figura 14), presentan el mismo patrón en la banda

anual y semianual que los vientos a 10°S. Además aparecen coherencias significativas en la

banda intraestacional, centrada en 30 días para el tramo Antofagasta-Caldera, con valores

de 0,5 y desfase de -100°, y centrada en 90 días para el tramo Callao-Arica, con valores de

0,5-0,6 y con desfase de entre 50° y 100°. Para los vientos a 15°S (Figura 15), la banda

anual y semianual solo camia su desfase acercándose a los 0°, además las coherencias

significativas dentro de la banda intraestacional se presentan desde Callo hasta Arica y en el

tramo Antofagasta-Valparaíso, en las bandas centradas en 50 días, con significancias de 0,7

y desfase de 100°, y 80 días, con significancias de entre 0,5-0,7 y un desfase de -150°.

En los vientos a 17,5°S (Figura16), encontramos el mismo patrón dentro de la banda

anual y semianual, mientras que en la banda intraestacional se presentan valores similares a

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14

los presentados a 15°S y en las mismas localidades, solo que en este caso el desfase es de -

150°. Para los vientos a 20°S (Figura 17), no se presentan coherencias significativas dentro

de la banda intraestacional, sin embargo la banda anual y semianual no presenta cambios

respecto a los vientos de latitudes menores.

Para los vientos a 22,5°S (Figura 18), reaparecen coherencias significativas dentro

la señal intraestacional, pero solo en el tramo Valparaíso-Talcahuano, centrado en 40 días,

con valores de 0,5 y desfase de -50°. La señal anual y semianual no sufre cambios

considerables respecto a las latitudes anteriormente mencionada. Los vientos a 25°S

(Figura 19), presentan coherencias significativas en la banda anual y semianual similar a las

anteriores mencionadas, pero desde esta latitud hacia el sur la fase cambia de -180° a 180°.

En la banda intraestacional, encontramos coherencias significativas en Caldera-Valparaíso,

centrada en la banda de 90 días, con significancias de 0,5 y desfase de -100°. También se

presentan coherencias significativas de Valparaíso a Talcahuano, en la banda de 30 días,

con valores de 0,8 y desfase de -180°.

Para los vientos de latitudes entre 27,5 y 32,5, (Figura 20 a Figura 22), se presentan

iguales patrones de coherencia, encontrando en la banda anual y semianual, coherencias

significativas desde Callao a Talcahuano, con valores de entre 0,5 y 0,8, y un desfase de

180°. En cuanto a la banda intraestacional se presentan coherencias significativas solo para

Talcahuano, centradas en la banda de 30-40 días, y con desfase de 180°. En el caso de los

vientos a 35°S (Figura 23), el único cambio que se aprecia respecto a las latitudes recién

mencionadas es que la banda anual y semianual con coherencias significativas va

disminuyendo a medida que aumenta la latitud de las estaciones del nivel del mar,

desapareciendo las coherencias significativas en la banda semianual de Valparaíso al sur.

Para los vientos a 37,5°S (Figura 24), sólo encontramos coherencias significativas

dentro de la banda anual de Callao a Antofagasta, con valores de entre 0,5-0,7, y con un

desfase de 180°. En cuanto a la banda intraestacional, se presentan coherencias

significativas desde Arica a Antofagasta, centradas en la banda de 55 días y con un desfase

de 50°-100°.

Finalmente para los vientos de 40°S (Figura 25), se presentan, dentro de la banda

intraestacional, coherencias significativas de Arica al sur. La mayor coherencia se

encuentra en el tramo Valparaíso-Talcahuano, en la banda de 55 días, con un valor de 0,8 y

un desfase de 0°. Además se presentan coherencias significativas en la banda de 40 días,

con valores de entre 0,4-0,6 y un desfase de 100°, y en la banda de 35 días, con valores de

0,4-0,6 y un desfase de 40°.

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En cuanto a los períodos dominados por la fase cálida de ENM, encontramos que

dentro de la banda intraestacional se presentan coherencias significativas entre las

perturbaciones del nivel del mar y el viento atrapado a la costa para los vientos en todas las

latitudes, a diferencia de los que ocurría en los períodos dominados por ENC. En cuanto a

la banda anual y semianual, no presenta grandes cambios al cambiar la latitud de los

vientos.

Para los vientos de 10°S (Figura 13), se presenta dentro de la banda intraestacional

centrada en 55 días, coherencias significativas para toda las estaciones del nivel del mar

con valores de entre 0,5 a 0,7, presentándose la mayor coherencia en el tramo Callao-Arica,

donde además presenta un desfase de 0° a 50°. Además se presentan coherencias

significativas desde Arica al sur, en la banda de 40-45 días, con las mismas características,

que en la banda de 55 días.

En cuanto a los vientos a 12,5°S (Figura 14), estos presentan la misma distribución

de coherencias significativas en la banda centrada en 55 días, sólo que con un desfase de

entre 0°, para el tramo Callao-Arica, a 100° en el resto de las estaciones. En cuanto a las

bandas de 40-45 días, se presentan coherencias significativas entre Callao-Antofagasta y

entre Caldera-Valparaíso, encontrándose la mayor coherencia en este último tramo, con

valores de 0,7 y un desfase de 180°.

Para los vientos desde 15°S a 22,5°S (Figura 15 a Figura 18), la coherencia

significativa en la banda de 55 días, desaparece, manteniéndose en la banda de 40-45 días,

y apareciendo coherencias significativas en la banda centrada en 90 y 35 días. Todas estas

coherencias tienen las mismas características, presentando valores de entre 0,4-0,6, y con

desfase de 180° para las coherencias mayores y de -180° para las coherencias menores.

Caso especial es el que ocurre a 15°S, en donde la mayor coherencia se presenta en la

banda de 40 días, entre Valparaíso-Talcahuano, con valores de 0,8 y un desfase cercano a

0°.

En cuanto a los vientos entre 25°S y 30°S (Figura 19 a Figura 21), desaparecen las

coherencias significativas en la banda de 90 días, pero reaparecen en la banda de 55 días,

primero sólo en Valparaíso-Talcahuano (a 25°S), luego sólo en Caldera-Valparaíso (a

27,5°S) y finalmente desde Caldera al sur (a 30°S). En todos estos casos la coherencia es

entre 0,5-0,6, con un desfase cercano a 100°. La coherencia en las bandas centradas a 40 y

45 días, sólo se presenta en todas las estaciones con los vientos a 25°S, en los vientos a

27,5°S y 30°S estas coherencias sólo se presentan hasta Valparaíso. En todos los casos las

coherencias alcanzan un valor de 0,5, y presentan un desfase de 50°-100°. Caso especial es

el que ocurre entre Caldera y Valparaíso con vientos a 30°S, en donde el desfase es 0°.

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Para los vientos a 32,5°S (Figura 22), reaparecen las coherencias significativas en la

banda de 70-90 días, y desaparecen en la banda de 45 días. Los valores máximos se

presentan en la banda de 40 días, entre Callao-Arica, 0,8, con un desfase de -100°, en l

banda de 70 días, entre Callao-Arica, 0,7, con un desfase de 50°, y en la banda de 90 días,

entre Arica-Antofagasta, 0,8, con un desfase de 0°.

En los vientos a 35°S (Figura 23) y 37,5°S (Figura 24), no hay coherencias

significativas en la banda de 45 días, y en la banda de 40 días, sólo se encuentran en el

tramo Valparaíso-Talcahuano. En la banda de 90 y 60 días, podemos encontrar coherencias

significativas de Callao a Antofagasta, presentándose valores de entre 0,5 y 0,6 para los

vientos a 35°S, y de entre 0,5 y 0,8 para los vientos a 37,5°S. El desfase, en estos casos, va

desde 50°, en las coherencias menores, a 0° en las coherencias mayores.

Finalmente en los vientos a 40°S (Figura 25), se encuentra la menor cantidad de

valores significativos dentro de la banda intraestacional para los períodos dominados por

ENM, presentándose en los tramos Callao-Arica en la banda de 70 días, en el tramo

Antofagasta-Caldera en la banda de 45 días, en el tramo Antofagasta-Talcahuano en la

banda de 60 días, y en el tramo Valparaíso-Talcahuano en la banda de 35 días. En este caso

las bandas de coherencia significantes son mucho más delgadas que en los vientos de

latitudes menores, y los niveles de coherencia van de 0,3 a 0,5, siendo menores que en

casos anteriores.

De acuerdo al análisis anterior, tenemos que en los períodos dominados por ENC, la

relación entre los vientos a lo lago de la costa y las perturbaciones del nivel del mar tiene en

general una menor coherencia que durante los períodos dominados por ENM. En estos

últimos períodos, a excepción de los vientos a los 40°S, presentan una alta coherencia a lo

largo de toda la costa, a pesar de presentar una disminución de esta para los vientos de 25°S

al sur.

En cuanto a los períodos dominados por ENC, se encontró una mayor coherencia

dentro de las bandas anual y semianual que en la banda intraestacional, lo que cambia con

los vientos de 37,5°S y 40°S, en donde la relación de los vientos a lo largo de la costa con

las perturbaciones de baja frecuencia del nivel del mar, disminuyen en la banda anual y

semianual y aumentan en la banda intraestacional, especialmente a los 40°S.

Forzamiento remoto

Para determinar el efecto del forzamiento remoto sobre las perturbaciones de baja

frecuencia observadas a lo largo de la costa del Pacífico Sudoriental, se analizó la relación

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17

entre la anomalía de la profundidad de la isoterma de 20°C en el ecuador y el nivel del mar

a lo largo de la costa, utilizando dos niveles de significancia correspondiente al 95% y al

85%.

Se realizaron espectros de densidad de las diferentes estaciones del nivel del mar

con 12 grados de libertad. En la figura 26 se pueden observar los espectros de densidad

durante los períodos dominados por la fase cálida de El Niño Canónico, mientras que en la

figura 27 se presentas los espectros de densidad durante los períodos dominados por la fase

cálida de El Niño Modoki. Al comparar estos espectros, se puede observar que para ambos

modos se observan bien definas las bandas intraestacionales (30-90 días), además en todos

los casos se observa marcado el peak de la banda anual y semi anual. En el caso de los

períodos menores a 10 días, estos no quedan bien definidos.

En la figura 28, podemos observar los espectros de coherencia para los períodos

dominados por la fase cálida de El Niño Canónico (ENC). La coherencia y fase entre

Callao y la anomalía de la profundidad de la isoterma de 20° en el ecuador, presenta una

máxima correlación cercana al 0,9 en la banda intraestacional centrada en los 60 días,

además presenta valores significativos en la banda en torno a los 14 días. Estos resultados

muestras que para esta estación durante los períodos dominados por ENC, gran parte de la

variabilidad de baja frecuencia en el nivel del mar puede ser atribuida a perturbaciones

provenientes desde el ecuador.

En el caso de la coherencia y fase entre Arica y la anomalía de la profundidad de la

isoterma de 20° en el ecuador, encontramos una situación similar a la anteriormente

descrita, encontrando una máxima correlación cercana al 0,9 en la banda intraestacional,

centrada en los 60 días, además presenta valores significativos en la banda en torno a los 11

días. Estos resultados muestras que al igual que en la estación más al norte, durante los

períodos dominados por ENC, gran parte de la variabilidad de baja frecuencia puede

corresponder a perturbaciones remotas.

Para las estaciones de Antofagasta y Caldera, la coherencia entre el nivel del mar y

la anomalía de la profundidad de la isoterma de 20°C en el ecuador, muestra una

disminución, no superando el 0,7 en la banda intraestacional centrada en los 60 días. En el

caso de Caldera, también se aprecian correlaciones significativas en la banda de los 100

días. En este caso, a pesar de que las correlaciones son menores a las presentadas en las

estaciones más al norte, también se puede considerar que las perturbaciones del nivel del

mar de baja frecuencia, dentro de la banda intraestacional, pueden ser atribuidas a

perturbaciones provenientes desde el ecuador.

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18

Valparaíso no presenta valores de correlación significativos dentro de la banda

intraestacional, pero si se presentan niveles significativos en la banda anual y en las bandas

de los 11, 12, 18 y 20 días. Por su parte, Talcahuano presenta niveles significativos en la

banda intraestacional, pero con valores menores a los encontrados en las estaciones del

norte. Además presenta niveles significativos en la banda de los 10, 18 21, 85 y 114 días.

En estas últimas dos estaciones se puede considerar que la perturbaciones provenientes del

ecuador, tienen incidencia en las perturbaciones de baja frecuencia, sin embargo su

coherencia es mucho menor que la encontrada más al norte.

Por otro lado, en la figura 29 se muestran los espectros correspondientes a los

períodos dominados por la fase cálida de El Niño Modoki (ENM). En este caso podemos

observar que para Callao, la coherencia entre las perturbaciones de la banda intraestacional

es menor a la encontrada en los períodos dominaos por ENC, sin embargo sigue siendo

significativa. Además, podemos encontrar valores significativos en la banda anual, y en las

bandas centradas en los 11, 14, 15 y 40 días.

En el caso de Arica, se puede observar que el mayor peak de 0,8 se encuentra en la

banda anual, a diferencia de lo ocurrido en los períodos dominados por ENC, en donde el

peak mayor se centraba en la banda intraestacional. En este caso la coherencia de la banda

intraestacional es apenas significativa, no supera el 0,52, además se encuentran valores

significativos en la banda de los 11, 12, 16, 17, 26 y 58 días.

En Antofagasta, se produce una situación similar a la anteriormente descrita, en

donde el peak mayor se traslada hacia frecuencias menores, en este caso se presenta en la

banda centrada en los 512 días, y alcanza una coherencia similar a la alcanzada por la

banda intraestacional en los períodos dominados por ENC. En el caso de la banda

intraestacional, centrada en los 56 y 73 días, sin embargo la coherencia no supera el 0,52, al

igual que en Arica. Además podemos encontrar valores significativos a los 12, 13, 16, 17,

19, 27 y 28 días.

Para Caldera, encontramos valores significativos en la banda intraestacional

centrada en los 60 días, sin embargo la coherencia no alcanza el 0,5. En este caso también

encontramos valores significativos en las bandas de más baja frecuencia, 512 días, pero en

este caso la coherencia es mucho menor, no alcanzando el 0,5. El peak mayor en este caso

se encuentra a los 14 días y podemos encontrar valores significativos a los 12, 18, 20 y 52

días.

En Valparaíso, la situación es similar que en Caldera, con valores significativos en

las más bajas frecuencias, centrada en la banda de los 512 días, con una coherencia de 0,42.

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19

Por otro lado, se encuentran valores significativos en la banda intraestacional centrada en

los 30, 73 y 90 días, con una coherencia no superior al 0,54. También podemos encontrar

valores significativos a los 12, 16 y 22 días.

En la estación de Talcahuano, podemos observar que aparece un peak dentro de la

banda intraestacional centrada en los 73 días, de 0,7 siendo la mayor en esta banda al

considerar el resto de las estaciones en los períodos dominados por ENM, y es incluso

mayor a la encontrada en Callao. Además reaparecen los valores significativos en la banda

centrada en los 512 días. Otros valores significativos se encuentran a los 11, 16, 17 y 25

días.

De acuerdo a lo anterior podemos decir entonces, que durante los períodos

dominados por ENC, las perturbaciones provenientes desde el ecuador presentan una

mayor coherencia con las perturbaciones de baja frecuencia del nivel del mar, en la banda

intraestacional, comparado con los períodos dominados por ENM. Sin embargo, esta

situación no ocurre en Talcahuano, en donde la significancia es mayor en los períodos

dominados por ENM que durante los períodos dominados por ENC. Por otro lado esta

significancia va disminuyendo de norte a sur, especialmente durante los períodos de ENC,

en donde esto se aprecia más claramente. En el caso de ENM, la significancia si bien

disminuye hacia el sur, lo hace muy poco, encontrándose niveles de significancia similares

entre Arica y Valparaíso dentro de la banda intraestacional.

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20

DISCUSIÓN

El análisis de las diferentes series de tiempo del nivel del mar, mostró una velocidad

de propagación de la onda 269,27 Km/d, lo que muestra que la velocidad de fase, estimada

sobre el nivel del mar, son muy cercanas a las velocidades teóricas para el primer modo

baroclino de una OAC, y es consistente con las velocidades de propagación obtenidas en

estudios anteriores en el Pacífico Oriental (Spillane et al., 1997; Enfield, 1987; Pizarro,

1991; Pizarro et al., 1994, fide Rojas, 2004).

Por otro lado si bien se presenta a El Niño Modoki (ENM), como “un nuevo modo

de El Niño”, en realidad este ha existido siempre, e incluso es más común que El Niño

Canónico (ENC), durante el período de estudio, presentándose 4 períodos dominados por

ENC y 9 dominados por ENM. Este último al ser descubierto recién el año 2004, por

Toshio Yamagata, hace parecer que en el pasado no se haya presentado. Esto también

ocurre dado que muchos de los períodos de El Niño Modoki, son clasificados como un

Niño débil o moderado en la clasificación realizada por la NOAA, con el uso del Oceanic

Niño Index (ONI) (http://ggweather.com/enso/oni.htm), lo que sugiere la necesidad de

reclasificar los diferentes períodos y hacer un estudio detallado de los efectos de El Niño

Modoki, del que a la fecha no se tiene gran conocimiento.

Se pudo apreciar que los vientos meridionales poseen mayores magnitudes que los

vientos zonales, que son transversales a la costa, lo que concuerda con las características de

la circulación atmosférica asociada al anticiclón subtropical del Pacífico Sur Oriental que

presenta una importante componente geostrófica, la cual da lugar a un viento

predominantemente del sur y suroeste. (Pizarro et al., 1994). Cabe destacar que al sur de

33°S, se presenta un cambio en el comportamiento de los vientos, cambiando de dirección

y magnitud.

Esto lleva a estudiar la relación que existe entre las perturbaciones del nivel del mar

provenientes del ecuador y los forzantes locales, en este caso el viento a lo largo de la

costa. Para esto se utilizaron espectros de densidad de las series del nivel del mar, en donde

los períodos menores a 10 días no quedan bien definidos, sin embargo al no ser estas el

motivo central del estudio no se consideran importantes en este caso.

En cuanto al forzamiento local de las perturbaciones del nivel del mar

correspondiente a las OAC, se encontró que no existe una relación significativa entre ambas

variables durante los períodos dominados por ENC, a excepción de los vientos al sur de

37,5°S, lo que podría ser causado por el cambio de comportamiento de los vientos. En

cuanto a períodos dominados por ENM, se encontró que en general existe una buena

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21

relación entre las variables estudiadas para la banda intraestacional, por lo que se puede

considerar al viento a lo largo de la costa como forzante principal de las perturbaciones de

baja frecuencia en el nivel del mar. En este caso esta relación también cambia al sur de los

35°S, lo que concuerda con el cambio de comportamiento de los vientos.

En estudios realizados con anterioridad en el borde oriental del Pacífico Sur, que

han mostrado que el viento no sería el principal responsable de las perturbaciones de baja

frecuencia y que sólo tendría una relativa importancia en la banda sinóptica (Enfield, 1987;

Shaffer et al., 1997; Valenzuela, 1998). Sin embargo en este estudio se encontró que a

partir para los períodos dominados por la fase cálida de ENC, el viento se presenta como un

importante forzante para las bandas anuales y semianuales, mientras que esto no ocurre

para los períodos dominados por la fase cálida de ENM, en donde la importancia se da

dentro de la banda intraestacional. En estudios realizados por Smith, 1987 y Enfield et al.,

1987, se encontró que las variaciones interanuales producidas por el fenómeno de El Niño

producen un aumento en la energía de las ondas atrapadas a la costa, generando una

disminución en la pobre relación viento-nivel del mar, sin embargo esto fue observado sólo

para los períodos dominados por ENM, y no así en los períodos dominados por ENC.

En cuanto al forzamiento remoto, se encontró una clara diferencia entre los períodos

dominados por ENC y los dominados por ENM, encontrando que en estos últimos la

contribución de este forzamiento es mucho menor que en los períodos dominados por ENC.

En estos últimos, se encontró que el principal forzante de las perturbaciones

correspondiente a las OAC, corresponde justamente al forzamiento remoto producto de las

perturbaciones de la propagación de una onda de tipo Kelvin ecuatorial, teniendo sólo al sur

de 20°S, una contribución correspondiente al forzante local, tomando en cuenta los vientos

al sur de los 35°S. Lo que coincide con lo hallado por Hormazábal et al. (2002). Ellos

encontraron que en esta banda de frecuencia, al norte de 20°S, el origen de la variabilidad

estacional está asociado a ondas ecuatoriales de Kelvin, y sólo al sur de esta latitud habría

una contribución asociada local asociada a teleconexiones atmosféricas. Para los períodos

dominados por ENM, se establece como forzante principal los vientos a lo largo de la costa.

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22

CONCLUSIONES

En la costa del Pacífico Sudoriental, existen las Ondas Atrapadas a la Costa, las que

presentan una velocidad de propagación, de norte a sur de 269,27 Km/día. Estas ondas se

ven afectadas por El Niño- Oscilación del sur (ENOS). Este último presenta dos modos, EL

Niño Canónico y El Niño Modoki.

Durante este estudio se logró definir que entre 1980 y 2014, ha habido 4 períodos

dominados por El Niño Canónico y 9 dominados por El Niño Modoki. Mostrando que

contrario a la creencia general, El Niño Modoki existe desde siempre, y no es un nuevo

modo.

Se pudo confirmar que durante los períodos dominados por ENC, el principal

forzante de las OAC, corresponde al forzante remoto, teniendo sólo desde los 20°S al sur

algún tipo de incidencia el forzante local del viento a lo largo de la costa.

En cuanto a los períodos dominados por ENM, se comprobó que durante estos el

forzamiento remoto pierde incidencia, siendo menor que durante ENC, siendo el principal

forzante el viento a lo largo de la costa (forzamiento local).

El cambio en las características de los vientos bajo los 35°S, hace que las relaciones

entre el nivel del mar y los forzantes local y remoto cambien al sur de esta latitud, lo que

demuestra un cambio en las teleconexiones atmosféricas dentro de esta zona.

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26

FIGURAS

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27

Figura 1. Diagrama que muestra la fase cálida y la fase fría con las diferencias entre los Niños

Canónico y Modoki. Fuente: The El Niño with a difference. Nature, Ashok & Yagamata, 2009

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28

Figura 2. Modelo de Ondas Kelvin ecuatoriales y su comportamiento al chocar con la costa de

Sudamérica. Fuente: Antecedentes históricos y descripción del fenómeno El Niño, Oscilación del Sur.

(Maturana, 2004).

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Figura 3. Área de estudio donde se indica la posición geográfica de las estaciones mareográficas de

Callao, Arica, Antofagasta, Caldera, Valparaíso y Talcahuano.

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Figura 6. Cálculo de la velocidad de propagación de la OAC, a lo largo de la costa Sudoriental del

Pacífico Sur. Cada punto representa una de las estaciones de estudio, de izquierda a derecha; Arica,

Antofagasta, Caldera, Valparaíso y Talcahuano. Se muestra la distancia en Km y el rezago, en días, de

la OAC, entre cada estación y Callao

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000

5

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30

Distancia (km)

Lag (

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s)

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y = 0.0037137x + 0.0037137

Velocidad de la propagación de ondas de baja frecuencia

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Figura 7. Vientos satelitales promedios durante el periodo 1980-2014 en la zona de estudio. A la

izquierda la componente zonal del viento (u), a la derecha la componente meridional del viento (v).

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Figura 8. Costa suavizada cada 100km, utilizada para el cálculo de los vientos a lo largo de la costa.

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35

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37

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38

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39

Figura 13. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 10°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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40

Figura 14. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 12.5°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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41

Figura 15. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 15°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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42

Figura 16. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 17.5°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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43

Figura 17. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 20°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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44

Figura 18. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 22,5°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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45

Figura 19. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 25°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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46

Figura 20. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 27,5°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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Figura 21. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 30°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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Figura 22. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 32,5°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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Figura 23. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 35°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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Figura 24. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 37,5°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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Figura 25. Coherencia (0, 1) y fase (-180, 180) significativa entre el nivel del mar y el viento a lo largo de

la costa en los 40°S. Arriba las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño

Canónico. Abajo las correlaciones significativas para los períodos dominados por El Niño Modoki. Las

líneas rojas señalan la banda intraestacional.

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Figura 26. Espectro de densidad para las diferentes estaciones del nivel del mar durante los períodos

dominados por El Niño Canónico. A: Callao, B: Arica, C: Antofagasta, D: Caldera, E:Valparaíso, F:

Talcahuano.

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Figura 27. Espectro de densidad para las diferentes estaciones del nivel del mar durante los períodos

dominados por El Niño Modoki. A: Callao, B: Arica, C: Antofagasta, D: Caldera, E:Valparaíso, F:

Talcahuano.

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Figura 28. Coherencia y fase entre las diferentes series del mar y la anomalía de la profundidad de la

isoterma de los 20 ° C en el ecuador durante los períodos dominados por El Niño Canónico.

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Figura 29. Coherencia y fase entre las diferentes series del nivel del mar y la anomalía de la

profundidad de la isoterma de los 20 ° C en el ecuador durante los períodos dominados por El Niño

Modoki.