teorías físicas de el niño-oscilación sur ken takahashi instituto geofísico del perú coloquio...
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Teorías físicas de El Niño-Oscilación Sur
Ken TakahashiInstituto Geofísico del Perú
Coloquio de Física PUCP, 20 de octubre de 2011
Clima promedio en el Pacífico tropical
Vientos alisios ecuatoriales
Fuente de datos: NCEP
Temperatura superficial del mar y viento cerca a la superficie
C
Termoclina
PeruAustralia
Condiciones normales
Figura: NOAA PMEL
Procesos a lo largo del ecuador
` Agua cálida
Agua fría
Termoclina
Viento
Afloramiento ecuatorial*
* El afloramiento ecuatorial se debe a la fuerza del viento del este y a la fuerza de Coriolis
Variación interanual extrema en temperatura superficial del mar
Setiembre 1998: La Niña
Setiembre 1997: El Niño
Fuente de datos: NCEP
Anomalía* de temperatura superficial del mar
* “Anomalía” = Diferencia con respecto al valor promedio de al menos 20 años
Niño 3.4
Niño 1+2
Fuente de datos: NCEP
Setiembre 1998: La Niña
Setiembre 1997: El Niño
Niño 4 Niño 3
Pto. Chicama
Tem
pera
tura
del
mar
ecu
ator
ial
Oes
te
E
ste
Menor presión en el este
Mayor presión en el este
Wallace et al.,JGR 1998
Menor presión
Mayorpresión
Durante El Niño…
Cambio en presión (contornos, positivo sólido),
cambio en lluvia (aumento=rojo, disminución=azul),
Cambio en viento superficial (vectores)
Darwin
Tahiti
Termoclina
PeruAustralia
Condiciones normales
Figura: NOAA PMEL
Termoclina
Peru
Australia
Figura: NOAA PMEL
Crecimiento del evento cálido
Proceso de retroalimentación positiva (Bjerknes 1969)
1
1. Calentamiento
2
2. Desplazamiento de la convección
3
3. Debilitamiento del viento del este
4
4. Profundización de la termoclina
¿Qué detiene el crecimiento del Niño? (1)
Onda de Kelvin ecuatorial
Onda de Rossby ecuatorial
Dinámica ecuatorial
Ej. Evolución de una perturbación en la profundidad de la termoclina
Philander et al., 1984t = 10 dias
t = 20 dias
•Las ondas de Kelvin se siempre se propagan al este a lo largo del ecuador.•Las de Rossby hacia el oeste alrededor del ecuador.•La velocidad de las Kelvin es al menos 3 veces mayor que las de Rossby (demoran ~3 meses en cruzar el Pacífico)
¿Qué detiene el crecimiento del Niño? (2)
Reflexión en las costas
Ej. Ajuste ante un viento del oeste súbitamente impuesto
McCreary y Anderson, 1984
•El viento genera ondas Kelvin +vas hacia el este y Rossby –vas al oeste•Las ondas de Kelvin +vas se reflejan como Rossby +vas•Las de Rossby –vas se reflejan como Kelvin -vas
K
K
R
R R
RR
Ecuador
Ecuador
Ecuador
La memoria está en la dinámica
oceánica
Pro
fund
idad
de
la t
erm
oclin
a
Temperatura superficial Kessler, 2002
El modelo más simple
TE: Temperatura en el esteh: Profundidad de la termoclina
Burgers et al., 2005
Oscilador amortiguado con periodo ~37 meses y tiempo de decaimiento de ~24 meses
Pero El Niño real es irregular, no periódico
Espectro de potencia (Niño 3)
Observado
Wittenberg, 2009
Simulaciones numéricas
El Niño
Modelo simple de ENOS
Atmósfera
Oceano
.
Basado en Cane & Zebiak (1987)
V
u T
Termoclina
H
h
-Φ
Φ
Modelo simple de ENOS
Atmósfera
Oceano
.
Basado en Cane &
Zebiak (1987)
La interacción entre la atmósfera y el océano es esencial
Simulación con el modelo simple
Zebiak & Cane 1987
Indice Niño 3
Anomalías de TSM
La irregularidad parece realista pero ¿qué la produce?
¿Es El Niño un fenómeno caótico?
Science, 1994
En el modelo de Cane-Zebiak, el caos parace surgir de la interacción no-lineal con el ciclo anual
¿O es El Niño un fenómeno estocástico?
Thompson & Battisti, 2001
Modelos forzados por ruido blanco
Neutro
Estable
Observado
Un modelo lineal estable (i.e. no oscilatorio) forzado por ruido puede producir “oscilaciones” irregulares similares a lo observado.La predictabilidad es baja en este caso.
¿Caótico o estocástico?
Sarachik & Cane, 2010
E J E
El Niño 1957-58 El Niño 1965-66Data: HadISST 1.1
El Niño 1965-66 El Niño 1972-73Data: HadISST 1.1
El Niño 1982-83 El Niño 1997-98Data: HadISST 1.1*Escala
diferente
El Niño 1977-78 El Niño 1991-92Data: HadISST 1.1
El Niño 2002-03 El Niño 2009-10Data: HadISST 1.1
A B
C
+ --
Patrones dominantes en TSM (Componentes principales o Funciones Ortogonales Empíricas)
Ashok et al., 2007
“ENSO mode”
“El Niño Modoki mode”
Correlation lineal nula por construcción
Normal
El Niño El Niño Modoki
Ashok & Yamagata, 2009
¿Es este un nuevo fenómeno?
Takahashi et al., 2011
The first EOFs are not independent
C axis
E axis
E = (PC1-PC2)/√2
C = (PC1+PC2)/√2
New indices
E ≈ N1+2 - 0.5N4
C ≈ 1.7N4 - 0.1N1+2
Approx.:
DJF means
Takahashi et al., 2011
DJF mean
Moderate El Niño
Extreme El Niño
La Niña
El Niño Modoki
ENSO regimes
Sea surface temperature anomaly patterns
Both E and C patterns are related to ENSO
Takahashi et al., 2011
o = Mayx = Following January
Takahashi et al., 2011
Extreme
Modoki-like
Canonical
Other moderate
events
Evolution of historical El Niño events in phase space
Warm
ing in
eastern Pacific
War
ming
in
centra
l Pac
ific
Moderate canonical or Modoki El Niño
Extraordinary El Niño
La Niña
Takahashi et al., 2011
× Apr to Sep Oct to Mar
Monthly data
Increasing trend in central Pacific El Niño?
Lee and McPhaden, 2010
Media móvil
Desv. Est. móvil
EC
CE
E no MegaNiños
Takahashi et al., 2011
Cambios decadales recientes en El Niño
Data: NOAA ERSST
E no MegaNiños
El Niño and climate change
These climate models project a shift of El Niño to the central Pacific
Yeh et al. 2009
Este comportamiento se observa
aproximadamente en algunos modelos
existentes, incluso en los simples
Modelo “realista”
Modelo simple no-lineal
Modelo poco menos simple no-lineal
Observaciones
Takahashi et al., 2011
Modelo simple de El Niño y el efecto del cambio climático
Kim & An, 2011
T1: Temperatura oeste
T2: Temperatura este
TR: Temperatura de
balance radiativo
Tem
pera
tura
est
e
Temperatura oeste
(TR, TR)
Calentamiento por radiación
Pero este modelo no presenta los dos regímenes
Algunas conclusiones
• Se ha avanzado mucho en el entendimiento de la dinámica de El Niño en los últimos 30 años
• No se conoce qué condiciona la ocurrencia de los eventos extremos
• No se sabe cómo el cambio climático afectará a El Niño
Gracias