Teorías físicas de El Niño-Oscilación Sur

Presentación del tema: "Teorías físicas de El Niño-Oscilación Sur"— Transcripción de la presentación:

1 Teorías físicas de El Niño-Oscilación Sur
Ken Takahashi Instituto Geofísico del Perú Coloquio de Física PUCP, 20 de octubre de 2011

2 Clima promedio en el Pacífico tropical
Temperatura superficial del mar y viento cerca a la superficie Vientos alisios ecuatoriales C Fuente de datos: NCEP

3 Condiciones normales Termoclina Peru Australia Figura: NOAA PMEL

4 Procesos a lo largo del ecuador
Viento ` Agua cálida Afloramiento ecuatorial* Termoclina Agua fría * El afloramiento ecuatorial se debe a la fuerza del viento del este y a la fuerza de Coriolis

5 Variación interanual extrema en temperatura superficial del mar
Setiembre 1997: El Niño Setiembre 1998: La Niña Fuente de datos: NCEP

6 Anomalía* de temperatura superficial del mar
Setiembre 1997: El Niño Niño 3.4 Niño 1+2 Pto. Chicama Setiembre 1998: La Niña Niño 4 Niño 3 Fuente de datos: NCEP * “Anomalía” = Diferencia con respecto al valor promedio de al menos 20 años

7 Temperatura del mar ecuatorial
Oeste Este Menor presión en el este Mayor presión en el este

8 Durante El Niño… Cambio en presión (contornos, positivo sólido),
Mayor presión Menor presión Darwin Tahiti Cambio en presión (contornos, positivo sólido), cambio en lluvia (aumento=rojo, disminución=azul), Cambio en viento superficial (vectores) Wallace et al., JGR 1998

9 Condiciones normales Termoclina Peru Australia Figura: NOAA PMEL

10 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 Peru Australia Termoclina Figura: NOAA PMEL

11 ¿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., 1984 t = 10 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) t = 20 dias

12 ¿Qué detiene el crecimiento del Niño? (2)
Reflexión en las costas Ej. Ajuste ante un viento del oeste súbitamente impuesto McCreary y Anderson, 1984 R Ecuador K R R 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 Ecuador R R K Ecuador

13 La memoria está en la dinámica oceánica
Profundidad de la termoclina Temperatura superficial Kessler, 2002

14 El modelo más simple TE: Temperatura en el este
h: 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

15 Espectro de potencia (Niño 3)
Observado Simulaciones numéricas El Niño Wittenberg, 2009

16 Modelo simple de ENOS Φ Atmósfera . V -Φ T u H Oceano h Termoclina
Basado en Cane & Zebiak (1987)

17 Modelo simple de ENOS . La interacción entre la atmósfera y el océano es esencial Atmósfera Oceano Basado en Cane & Zebiak (1987)

18 Simulación con el modelo simple
Indice Niño 3 Anomalías de TSM La irregularidad parece realista pero ¿qué la produce? Zebiak & Cane 1987

19 ¿Es El Niño un fenómeno caótico?
En el modelo de Cane-Zebiak, el caos parace surgir de la interacción no-lineal con el ciclo anual Science, 1994

20 ¿O es El Niño un fenómeno estocástico?
Neutro ¿O es El Niño un fenómeno estocástico? Modelos forzados por ruido blanco 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. Estable Observado Thompson & Battisti, 2001

21 ¿Caótico o estocástico?
Sarachik & Cane, 2010

22 E J E

23 El Niño El Niño Data: HadISST 1.1

24 El Niño El Niño Data: HadISST 1.1

25 *Escala diferente El Niño El Niño Data: HadISST 1.1

26 El Niño El Niño Data: HadISST 1.1

27 El Niño El Niño Data: HadISST 1.1

28 “ENSO mode” Patrones dominantes en TSM (Componentes principales o Funciones Ortogonales Empíricas) A B C - + - “El Niño Modoki mode” Ashok et al., 2007

29 Correlation lineal nula por construcción

30 ¿Es este un nuevo fenómeno?
Normal El Niño El Niño Modoki ¿Es este un nuevo fenómeno? Ashok & Yamagata, 2009

31

32 The first EOFs are not independent
C axis E axis DJF means E = (PC1-PC2)/√2 C = (PC1+PC2)/√2 New indices E ≈ N N4 C ≈ 1.7N N1+2 Approx.: Takahashi et al., 2011

33 ENSO regimes El Niño Modoki Moderate El Niño Extreme El Niño La Niña
DJF mean Takahashi et al., 2011

34 Sea surface temperature anomaly patterns
Both E and C patterns are related to ENSO Takahashi et al., 2011

35 Evolution of historical El Niño events in phase space
Warming in central Pacific Extreme o = May x = Following January Canonical Warming in eastern Pacific Modoki-like Other moderate events Takahashi et al., 2011

36 Monthly data × Apr to Sep Moderate canonical or Modoki El Niño
Extraordinary El Niño La Niña Monthly data × Apr to Sep  Oct to Mar Takahashi et al., 2011

37 Increasing trend in central Pacific El Niño?
Lee and McPhaden, 2010

38 Cambios decadales recientes en El Niño
Media móvil Data: NOAA ERSST E C E no MegaNiños Desv. Est. móvil C E E no MegaNiños Takahashi et al., 2011

39 El Niño and climate change
These climate models project a shift of El Niño to the central Pacific Yeh et al. 2009

40 Este comportamiento se observa aproximadamente en algunos modelos existentes, incluso en los simples
Observaciones Modelo “realista” Modelo simple no-lineal Modelo poco menos simple no-lineal Takahashi et al., 2011

41 Modelo simple de El Niño y el efecto del cambio climático
Calentamiento por radiación (TR, TR) T1: Temperatura oeste T2: Temperatura este TR: Temperatura de balance radiativo Temperatura este Temperatura oeste Pero este modelo no presenta los dos regímenes Kim & An, 2011

42

43 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