Anomalías de TSM en latitudes medias del Pacífico Sur: caracterización e impactos asociados Daniel Veloso Á.¹ ² , Aldo Montecinos G.¹ ² ¹ Departamento de Geofísica, Universidad de Concepción. ² Instituto Milenio de Oceanografía. 1. Introducción La Temperatura Superficial del Mar (TSM) es probablemente la variable oceánica más utilizada en la investigación oceanográfica y de la que más observaciones se tienen. Anomalías en la TSM (desviaciones respecto de la media climatológica) han sido ampliamente estudiadas en latitudes bajas, especialmente en el Pacífico Tropical, debido al fenómeno de El Niño – Oscilación de Sur (ENOS) y su impacto a escala global, que tiene origen en esta región [Bjerknes 1966, 1969]. En latitudes medias las anomalías de TSM también han sido bastante estudiadas [Frankignoul 1985; Dommenget and Latif 2000; Robinson 2000; Deser et al. 2003; entre otros], sin embargo, los trabajos se han centrado fundamentalmente en las cuencas oceánicas del hemisferio norte, debido en parte a la falta de observaciones en el hemisferio sur. En particular, en el Pacífico Sur prácticamente no hay trabajos relacionados con las anomalías de TSM en latitudes medias, por lo que no se conoce su comportamiento ni el impacto que pueden tener en otras variables, tanto oceanográficas como atmosféricas. Así, el objetivo de esta investigación es caracterizar las anomalías de TSM en latitudes medias del Pacífico Sur. 2. Datos 3. Metodología Para estudiar las anomalías de TSM en el Pacífico Sur se utilizan los campos semanales de la Interpolación Óptima de Temperatura Superficial del Mar Versión 2 (OISSTV2) [Reynolds et al. 2002]. Este campo de análisis se basa en observaciones in situ (barcos y boyas) y satelitales más TSM simuladas por la cobertura de hielo marino. La resolución espacial del campo es de 1° por 1° y su cobertura temporal va de 1990 en adelante. Para efectos de este estudio se considera el periodo temporal que va desde 01-1990 hasta 04-2016. El área de estudio considera toda la cuenca oceánica de latitudes medias del Pacífico Sur, la que se puede apreciar en la Figura 1. Figura 1: Campo de desviación estándar de anomalías de TSM semanales en el Pacífico Sur. Para determinar las zonas con mayor variabilidad en las anomalías de TSM se obtiene el campo de desviación estándar para toda la cuenca del Pacífico Sur. La Figura 1 muestra que hay un máximo relativo en torno a 35°S que se extiende por toda la cuenca. Una vez determinada la zona de máxima variabilidad en latitudes medias se aplica el método de Funciones Ortogonales Empíricas (EOF) en esa región para determinar los principales modos de variabilidad de las anomalías de TSM. Debido a que el método de EOF estándar sólo detecta modos de variabilidad estacionarios es que se aplica también el método de EOF Complejo, y de esta forma determinar posibles modos de propagación en las anomalías de TSM. Para obtener la significancia de un espectro de potencias de Fourier de TSM se considera que el comportamiento promedio de este tipo de espectros (o espectro de fondo) es el de un espectro de ruido rojo, el cual va aumentando su varianza hacia las bajas frecuencias. Siguiendo la metodología de Torrence & Compo (1998) se obtiene el nivel de significancia a partir del cual los máximos en el espectro son significativos para un cierto nivel de confianza. 4. Resultados A partir del campo de varianza de anomalías de TSM (Figura 1) se observa una banda de máxima varianza relativa en torno a 35°S, que se extiende por toda la cuenca. Eso podría ser indicio de anomalías que se propagan a lo largo de esa banda. Se realiza un promedio meridional de las anomalías de TSM entre 32.5°S y 38.5°S para todas las longitudes. En esa banda se aplica el método de EOF estándar. El modo 1 obtenido explica un ~29% de la varianza en esa región (Figura 2) y corresponde a un modo estacionario. El patrón espacial muestra un dipolo entre la costa frente a Chile y el resto del Pacífico (Figura 3b). Esto podría estar asociado al patrón de TSM producido por el bombeo de Ekman a través del rotor del esfuerzo del viento (asociado al Anticiclón del Pacífico Sur), con surgencia a lo largo de la costa y hundimiento dentro del giro subtropical del Pacífico Sur. Para ver la extensión meridional que podría tener el modo principal de variabilidad se calcula la correlación entre las series de tiempo reconstruidas con el modo 1 (REOF1) para cada longitud y las series originales de anomalías de TSM ubicadas en la misma longitud pero a distintas latitudes. Los resultados son mostrados en la Figura 4, donde se puede observar que el modo estacionario se extiende más allá de la banda de 32.5-38.5S, siguiendo un patrón similar al de la varianza de las anomalías mostrado en la Figura 1. Se realiza la reconstrucción de las anomalías de TSM con los siguientes 14 modos (modos 2-15, ~69% varianza explicada) y a este conjunto de grillas se le aplica una EOF Compleja (CEOF). Los resultados muestran un modo principal que explica un ~30% de la varianza del campo reconstruido, lo que corresponde a un ~21% de la varianza total de las anomalías en la región 32.5-38.5S. La Figura 5a muestra las partes real e imaginaria del patrón espacial del primer modo, donde se observa que están en cuadratura, indicativo de la naturaleza de propagación de los patrones [Hannachi et al. 2007]. La Figura 6 muestra los resultados de un compuesto del campo de anomalías de TSM reconstruido con el modo principal del CEOF en la banda 32.5-38.5S (RCEOF1) para distintas fases temporales (0° a 360°, cada 45°). El compuesto para las distintas fases se obtuvo promediando las anomalías de TSM para cuando la fase temporal tenía un valor dentro de una vecindad de 5° en torno a la fase respectiva. Se observa claramente que en promedio existe una propagación de anomalías de TSM hacia el este en el Pacífico Central. Una vez reconocido el patrón espacial de propagación de las anomalías de TSM asociado al CEOF1 se requiere estimar el periodo de propagación. La Figura 7 muestra el espectro de la serie reconstruida en la longitud de máxima varianza explicada por el CEOF1 (ver Figura 8). La significancia se obtuvo comparando con la hipótesis nula de un espectro de fondo de ruido rojo. Así, los máximos en el espectro que estén sobre el espectro de fondo con un 99% de confianza serán significativos, de acuerdo a la metodología de Torrence & Compo (1998). Las frecuencias significativas y de gran varianza obtenidas corresponden a los periodos de ~2.5 años y de 5 meses, los cuales representarían los principales periodos de propagación de las anomalías de TSM reconstruidas con el CEOF1. a) b) Figura 5: a) Partes real e imaginaria del patrón espacial del CEOF1. Unidades son arbitrarias. b) Amplitud (azul) y fase (rojo) de la componente principal del CEOF1 entre 2011 y 2014. a) Figura 2: Varianza explicada por primeros 25 modos del EOF de anomalías de TSM en la banda promedio 32.5-38.5S del Pacífico Sur. Figura 3: a) Componente principal y b) patrón espacial del modo 1 del EOF estándar. b) La fase temporal de la componente principal (Figura 5b) muestra transiciones en el tiempo con pendiente positiva, indicativo de oscilaciones, pero éstas oscilaciones no son periódicas y sólo aparecen en determinados momentos y con distintas velocidades de fase. Se observa además que la amplitud de la componente principal aumenta en medio de los periodos con mayor transición de fase (pendiente positiva) (Figura 5b). a) Figura 6: Compuesto del RCEOF1 para las fases temporales de 0° a 360° cada 45°. El ciclo completo se muestra 2 veces. Revisar el texto para mayores detalles. Figura 7: Espectro de potencias de Fourrier del RCEOF1 en 119.5W (línea azul). En negro se muestra el espectro de ruido rojo promedio para una autocorrelación lag-1 de 0.86 y en rojo el nivel de confianza de 99% del espectro. En conjunto, los modos estacionario (EOF1) y de propagación (CEOF1) explican ~50% de la varianza de la región en torno a 35°S, y la distribución longitudinal se puede apreciar en la Figura 8, explicando hasta un 70% en el Pacífico Central. b) Figura 8: Varianza explicada en función de la longitud del EOF1 (azul), CEOF1 (verde) y la suma de ambos (negro) en la banda latitudinal 32.5°-38.5°S Figura 4: a) Correlación entre REOF1 en cada longitud y grillas originales de anomalías de TSM, en las mismas longitudes pero variando la latitud, y b) varianza explicada asociada a la correlación. 5. Conclusiones 6. Referencias La varianza de las anomalías de TSM en el Pacífico Sur muestra un máximo en torno a 35°S. En la banda 32.5°-38.5°S se aplica un EOF estándar y un EOF complejo, para determinar los modos estacionario y de propagación principales, respectivamente. El modo estacionario de las anomalías de TSM obtenido explica un 29% de la varianza en la región y parece estar asociado al Anticiclón del Pacífico Sur. El modo de propagación de anomalías de TSM obtenido para la misma banda latitudinal explica un 21% de la varianza y muestra un patrón de propagación hacia el este, sin embargo no hay una frecuencia de oscilación dominante, resaltando los periodos significativos de 5 meses y de 2.5 años. Bjerknes, J., 1966: A possible response of the atmospheric Hadley circulation to equatorial anomalies of ocean temperatures. Tellus, 18, 820-829. Bjerknes, J., 1969: Atmospheric teleconnections from the equatorial Pacific. Mon. Weather Rev., 97, 163-172. Deser C., M. A. Alexander, and M. S. Timlin, 2003: Understanding the persistence of sea surface temperature anomalies in midlatitudes. J. Climate, 16, 57–72. Dommenget, D., and M. Latif, 2000: Generation of SST anomalies in the midlatitudes. Max-Planck-Institut Report, 304. Frankignoul, C., 1985: Sea surface Temperature anomalies, planetary waves and air-sea feedback in middle latitudes. Rev. Geophys., 23, 357-390. Hannachi, A., I. Joliffe, and D. Stephenson, 2007: Empirical orthogonal functions and related techniques in atmospheric science: A review. Int. J. Climatol., 27, 1119–1152. Reynolds, R. W., N. A. Rayner, T. M. Smith, D. C. Stokes, and W. Wang, 2002: An improved in situ and satellite SST analysis for climate. J. Climate, 15, 1609 – 1625. Robinson, W. A., 2000: Review of WETS – The workshop on extra-tropical SST anomalies. Bull. Am. Meteorol. Soc., 81, 567-577. Torrence, C., and G. P. Compo, 1998: A practical guide to wavelet analysis. Bull. Am. Meteorol. Soc., 79, 61 – 78. Póster presentado en Reunión Anual IMO, Enero 2017. Contacto: daniel.veloso@imo-chile.cl