Ecosistema de la Corriente de Humboldt

1. Ecosistema de la Corriente de Humboldt José Manuel Gálvez SRG and NOAA / NWS / NCEP/WPC/DTB-International Desks y Mike Davison NOAA / NWS / NCEP/WPC/DTB-International Desks Agosto 2013

2. Ecosistema de la Corriente de Humboldt Bioma a lo largo de las costas de Chile, Perú y Ecuador. Características: ● Océano frío (Corriente Fría de Humboldt + afloramiento costero) ● Mar frío resulta en aire frío cubierto por fuerte inversión térmica (a 975-875 hPa). ● Inversión limita el desarrollo vertical inhibiendo lluvias fuertes. ● Humedad relativa en la capa marina llega a valores altos y favorece la formación de nubes (estratocúmulos). Estas pueden producir lloviznas y nieblas. RETO: Pronosticar nubes (formación, disipación, generación de niebla o llovizna)

3. Nubes en el Ecosistema de la Corriente de Humboldt Estratocúmulos de Corriente Fría

4. ¿Qué son estratocúmulos de corriente fría? • Nubes bajas que se forman sobre océanos fríos, donde masas de aire marinas frías y casi/totalmente saturadas yacen atrapadas bajo inversiones térmicas intensas. Altura  Temperatura SUBSIDENCIA Aire cálido (ligero) Seco INVERSION INTENSA (muy estable) Rocío Saturado Sc Sc Sc Húmedo Aire frío (denso) Agua fría Temperatura 

5. ¿A qué les recuerda esta estructura atmosférica? • A la estructuraatmosféricaquefavoreceniebla! NIEBLA NUBE LLOVIZNA Altura Altura Altura Rocío Rocío Rocío Temperatura Temperatura Temperatura En estecaso la inversiónestámuycerca al suelo forzando la nubehacia la superficie. Unainversiónmáselevadafavorece la formación de nubesestratocúmulos o estratos. Si la inversión se elevaaúnmásy se fortalece, la saturación y turbulencia en la capa marina se incrementanengrosandolasnubes y produciendollovizna. Temp Temp Temp

6. La capa marina es controlada más por las nubes que por la superficie ● TSMs varían poco durante el día enfriamiento/calentamiento diurno y mezcla resultante son controlados por cambios de temperatura en la nube, no en la superficie esto es opuesto a lo que sucede sobre la tierra MOTOR: ENFRIAMIENTO RADIATIVO EN EL TOPE DE LAS NUBES • Los topes de nubes se enfrían constantemente (más en la noche) • Esto destabiliza la capa límite y desarrolla la mezcla vertical 14°C 11°C 11°C 14°C 28°C 16°C 13°C 16°C

7. Enfriamiento Radiativo todo el día! DIA NOCHE ●Caloresemitido al espacio ●Radiación solar esreflejada. Un % pequeñocalientalasnubes lo quehace disminuir la saturación y ayuda a disiparlas, ●Porellotiende a despejardurante el día y en veranomar afuera (no sólo en la costa) ●Caloresemitido al espacio ●Mayor enfriamiento, mayor mezcla, crece la capa marina apretando la inversión. Esto la intensifica, limitandoaúnmás la mezcla con aireseco de encima. Aumenta la saturaciónnubesmásdensas/llovizna. ●Porellotiende a nublarsedurante la noche y lloviznatarde en la noche/mañanas. Enfriamiento Radiativo Enfriamiento Radiativo LAS NUBES SE MANTIENEN SOLAS Y TENDERAN A PERSISTIR

8. ¿Qué puede alterar esta retroalimentación persistente? ForzamientoExterno (1) Cambios en el Patrón Sinóptico y en TSMs inducen una vez que interactúan con la capa límite marina ●disipación de nubes ●engrosamiento y lloviznas ●descenso  nieblas DIFICIL DE PRONOSTICAR (2)Interacciones entre la capa marina y la costa COSTA NO SE MOVERA O CAMBIARA, PERO INTERACCIONES DEBEN SER BIEN COMPRENDIDAS PARA UN BUEN PRONOSTICO (3) Ambas opciones (1) y (2) juntas MAYOR RETO PARA EL PRONOSTICO! Primerorevisemosrápidamente los efectos de la costa

9. Interacciones entre la capa límite marina y la costa ¿Cómo la presencia de la costa afecta la atmósfera marina y la nubosidad asociada?

10. Jun-Ago Sat Visible 17:45Z (~1pm local) Ejemplo de interacción con costas ●Nubosidad Promedio de 90 imágenes visibles ~1pm durante el invierno, cuando la cobertura de nubes en la costa llega a su máximo y las TSM a su mínimo ● Más blanco = más nubes ● Gran variabilidad en la costa: • Regiones muy nubosas propensas a niebla y llovizna (2) regiones donde las nubes suelen disipar

11. ¿Por qué estas diferencias a lo largo de la costa? Convergencia del jet Un ejemplo Efecto de jets costeros (Hay muchos procesos más ocurriendo) Divergencia direccional y calentamiento adiabático Jet Costero Divergencia de velocidad Convergencia direccional del jet y flujo tierra adentro Divergencia direccional y calentamiento adiabático Jet Costero Divergencia de velocidad y direccional

12. Mirada rápida al efecto de cabos/penísulas ●Flujo cerca a la costa se comporta como flujo en una tubería Oeste: Fuerza de Gradiente De Presión Tiene 4 fronteras 20C Tope: Inversión 16C Oeste: Fuerza de Gradiente De Presión Tope: Inversión Cabo/Península Este: Montañas Costeras Viento 1013 hPa 1012 hPa Base: Océano

13. Hidráulica ●Flujo se acelera al estrecharse la tubería ●Flujo de desacelera al ancharse el area ●Al pasar un cabo/península, el flujo encuentra un vacío y se expande. ●La capa límite se vuelve más delgada, como una tubería más fina, y el flujo se ascelera. ●Descenso del flujo y divergencia hacen que disminuya la nubosidad. ●Al aproximarse a un cabo/penísula, el flujo es bloqueado por el terreno y se apila haciendo crecer la capa marina. ●Esto representa una tubería ancha y el flujo se desacelera ●El flujo asciende y converge, favoreciendo el desarrollo de nubes.

14. Capa límite marina es más llana cerca a la costa ¿Por qué? (3) Capa límite llana es apoyada por subsidencia más intensa cerca a al costa RETORNO DE BRISA DE MAR Convergencia sobre la capa marina es resaltada CIRCULACION BAROCLINICA INVERSION INVERSION INVERSION RETORNO DE BRISA DE MAR + CIRCULACION BAROCLINICA POR INVERSION INCLINADA (2) Inversión más llana por temperaturas más bajas Temp baja produce menor espesor La inversión se acerca a la superficie • SSTs más frías cerca a la costa • debido al afloramiento Nubes más bajas pueden producir niebla

15. Topes de nubes: ¿Donde están? Pensar en ‘llano’. Como la inversión se inclina hacia la superficie al acercarse a la costa, los topes están generalmente a… 975-950 hPa 925 – 875 hPa Para buscar nubes costeras y jet costeros hay que ver por debajo de 850 hPa, y muchas veces por debajo de 925 hPa!

16. Inversión llana (<950 hPa) en datos del GFS Diferencia de temp. en la vertical (T950-T975) con WINGRIDDS Líneas = inversión ● Amarillas  Tdif=0  perímetro ● Celestes  T=2C más a 950hPa Ancho: ● Peru, Ecuador: 200-300 km afuera ● Chile: 300-500 km afuera Inversión debajo de 950 hPa (muy llana!) en las costas: ● desde el sur de Ecuador ● al centro de Chile *18 casos ploteados

17. Sección Vertical: Inversión Inclinada Inversión delgada y elevada Inversión llana y gruesa 800 800 850 860 875 Tope 880 920 970 Base Andes 200 km Oeste Este Hacia la costa Mar afuera

18. Tope de nubes = Base de la Inversión 800 800 850 860 875 880 920 970 Andes Topes 925 970-950

19. Importancia de revisar la climatología Antes de pronosticar, es esencial saber en qué periodos es más probable que ocurra un evento y por qué Hay que estar muy seguros si se va a pronosticar un fenómeno en una época donde NO suele ocurrir (ejemplo: pronosticar niebla de radiación en agosto cuando la niebla no es un evento tan común en invierno)

20. Estacionalidad de la altura de la Inversión ●La inversiónesmásdébil y llana en el verano ●La inversión es más fuerte y elevada en invierno Andes Andes VERANO (Dec-Abr) INVIERNO (Jun-Oct) ●Subsidencia más fuerte sobre la costa hace descender a la inversión ●Subsidencia más débil sobre la costa permite inversión más elevada -Mayor calentamiento sobre la tierra ●TSMs más frías  inversión intensa -Convección sobre los Andes -Menos mezcla a través de la inversión permite más saturación. ●TSMs más cálidas producen inversión más débil -Capa marina nublada se establece y se mantiene sola, creciendo hasta alturas mayores -Más mezcla vertical a través de la inversión seca capa marina

21. Estacionalidad de la nieblas y lloviznas Diciembre - Enero Marzo - Abril Febrero - Marzo -Afloramiento decrece -Mar costero calienta, costa calienta, convección mar afuera y en los Andes -Afloramiento retorna -Cielo despejado también favorece algunas nieblas de radiación -Mar afuera calienta pero vientos fuertes permiten afloramiento costero fuerte, Gradientes de TSM fuertes Td sube, HR baja Gradiente de TSM se suelta y baja la frecuencia de nieblas Gradientes deTSM Gradientes deTSM TSM Costera Calienta Nieblas de advección y radiación Máximo de Niebla de Advección Más radiación y mayor TSM ayudan a despejar cerca a la costa. -Inversión elevada e intensa, estratos densos se establecen y tienden a permanecer al fortalecer al máximo la inversión -Cielo despejado y mínimo en el viento  nieblas de radiación -TSM enfría, fortalece la inversión, aumenta la saturación. Estratos comienzan a establecerseayudando a fortalecer y levantar la inversión Estabilidad Extrema Inestable Niebla de radiación cuando hay noches despejadas Llovizna por ser la capa marina gruesa, muy saturada y muy turbulenta Más calentamiento, menos estable, menos nubes, inversión se debilita y desciende TSM Uniforme Octubre-Noviembre Junio a Setiembre Abril a Junio

22. Pronosticando niebla en la costa Peruana ¿A qué variables prestar atención?

23. Árbol de Decisiones Niebla o Estrato Evalué medio ambiente antes del evento y anticipe formación Evalué meso escala y efectos locales Evalué climatología local y regional Evalué situación sinóptica Determine si el proceso de formación es por radiación o advección ¿Las condiciones favorecen niebla/estrato? Si No Determine duración, intensidad y periodo de disipación. Revise sus apuntes y asegúrese de haber considerado interacción de escalas y la climatología Considere los limites de vuelo del aeropuerto Considere impacto a los usuarios y alertar a los afectados Pronostique niebla/estrato No pronostique niebla/estrato

24. Nieblas de Radiación 1)Subsidencia a Gran Escala -Resalta estabilidad y limita mezcla vertical -Importante tener una inversión muy llana, generalmente debido a enfriamiento rápido del suelo ● Enfriamiento Rápido de la Superficie -Noches despejadas permiten que la radiación escape rápidamente permitiendo pérdida de calor y enfriamiento veloz -Esto es resaltado si existe aire seco sobre la inversión. El calor escapará con mayor facilidad Niebla 4) Humedad a Niveles Bajos -Fuente de humedad cercana -Puede ser un océano, lago, río, pantano, bosque, charcos luego de una lluvia, etc. Océano Pacífico! ● Vientos Calmos Cerca a la Superficie -Mezcla vertical reducida mantiene saturación -Usualmente vientos <5kt

25. Cuando ocurren? E S M J O F M J N A A D Subsidencia a gran escala Inversión nocturna muy llana Noches despejadas Enfriamiento rápido de la superficie Aire seco sobre la inversión Vientos alisios débiles Humedad relativa nocturna muy alta EVENTO DE MAÑANAS DE OTOÑO LUEGO DE NOCHES DESPEJADAS Fines de Marzo a principios de Junio durante las mañanas Genera cierres en el Aeropuerto Jorge Chávez, especialmente en Mayo

26. Ingredientes para Niebla de Advección en el Ecosistema de Humboldt ● Inversión muy llana -Atrapa humedad cerca a la superficie -Favorecida por subsidencia resaltada ● Afloramiento Costero Resaltado -Superficie fría ayuda a enfriar el aire -Gradiente horizontal de TSM resaltado enfria rápidamente la masa advectada -TSMs más altas flujo arriba producen más evaporación y rocíos más altos que son advectados sobre el agua fría, produciendo saturación. ● Vientos hacia el afloramiento -Advectan masa húmeda hacia la región de aguas más frías. Esto enfría la masa y la satura, formando niebla

27. Cuando ocurre? M S E F J O N J M A D A Subsidencia a gran escala Inversión muy llana Afloramiento (Agua fría costera) Gradientes Fuertes de TSM Calentamiento Mar Afuera Calentamiento diurno mayor, brisa de mar fuerte EVENTO DE VERANO DURANTE PERIODOS DE AFLORAMIENTO Fines de diciembre Mayo. Más común en enero Mañanas y en algunas ocasiones hasta 2-3 pm Más común que la brisa de radiación

28. Ejemplo de Niebla de Advección 6am 8am 10am Según la brisa se intensifica, más áreas costeras son afectadas. Pero la niebla se disipa más rápidamente al entrar a la tierra ya que el calentamiento es mayor y también la mezcla vertical La brisa de mar se forma y advecta la niebla a la costa Notar que la niebla se disipa rápidamente al entrar a la costa, afectando sólo regiones costeras Niebla también se disipa flujo abajo de cabos y penínsulas por una combinación del calentamiento de la tierra y de calentamiento adiabático (descensos) Niebla se forma mar afuera según aire húmedo es advectado sobre una región de afloramiento, donde aguas frías enfrían el aire resaltando la saturación.

29. Pronosticando llovizna en la costa Peruana ¿A qué variables prestar atención?

30. Ingredientes para Llovizna ●Aire muy seco sobre inversión -Resalta el enfriamiento radiativo (y por enfriamiento por evaporación en el tope de las nubes). Ayuda a crecer la capa marina -Aire cálido y seco encima es favorecido por alta a niveles medios que resalta subsidencia. -Vaguadas aproximándose desde el oeste debilitan subsidencia y ayudan a despejar. ●Inversión intensa -Estabilidad extrema reduce mezcla con aire seco al mínimo. Ello permite la saturación favoreciendo nubes densas. -Esto ocurre cuando las TSM son muy bajas (invierno, especialmente c/ anomalías negativas como 2013) ● Inversión elevada -Enfriamiento radiativo extremo aumenta inestabilidad dentro de la capa marinaincentivando la mezcla turbulenta. -Una capa más profunda permite más desarrollo vertical, enfriamiento, saturacióngotas crecenlo suficiente para precipitar ●Vientos alisios moderados (1) Resaltan convergencia en capa marina y vorticidad ciclónica en la costa (2) Inhiben ciclo diurno de calentamiento costero al advectar continuamente masas de aire del sur (3) Resaltan evaporación (4) Resaltan el afloramiento

31. Cuando ocurre? E S M J F O J M N A A D Subsidencia a gran escala Inversión costera elevada TSM costera baja Intensifica inversión bloqueando mezcla con aire seco de encima Aire seco sobre inversión Más enfriamiento radiativo Vientos más fuertes Ayudan con periodos de convergencia resaltada EVENTO DE INVIERNO Y PRINCIPIOS DE PRIMAVERA Fines de Junio hasta fines de Octubre (Máximo en Agosto) Noches y mañanas…y en algunas ocasiones tardes y noches Sensible a cambios de convergencia costera a niveles bajos

32. Subsidencia y vientos en 500 hPa Subsidenciadisminuyecuando se aproximaunavaguada del oeste Lloviznas Tardes de inviernodespejadas Omegas [x 10-4 ms-1] Subsidencia Ascensos Subsidencia Velocidad del viento [KPH] Vientos del noroeste> 40 kph

33. Señalmásdébil, perosubsidenciatambién mayor durantelloviznas Subsidencia y vientos en 850 Lloviznas Tardes de inviernodespejadas Omegas [x 10-4 ms-1] Subsidencia menor Subsidencia Velocidad del viento [KPH]

34. VorticidadRelativa en 850 hPa Lloviznas Tardes de inviernodespejadas Vorticidadrelativa [x 10-6 s-1] -Notarposición de la vaguadacostera: -Antes de/cerca a la llovizna la vaguadaestapegada a los Andes o esapenas perceptible. Vientos del surestesobre la costa. -Antes de quedespeje la vaguada se encuentra a unos 200 km costa afueramientrasuna dorsal se ha generado a lo largo de la costa. Vientosdébiles o del nortesobre la costa.

35. Estructura del espesor (resumen) 00Z 12Z (F12), docehorasdespués Tardes despejadas Tardes despejadas Llovizna Llovizna 200 2724m 2724m 2730m 300 2730m 3808m 3808m 3797m Enfría 3800m 500 2720m Enfría 2726m 2713m Enfría 2720m 700 1639m 1644m 1646m Enfría Enfría 1641m 850 723m 722m 723m 723m Calienta 925 659m 659m Enfría 658m 659m 1000

36. Resumen: Modelo Conceptual Tardes despejadas Llovizna Altas en nivelesmedios y medios/altos Vaguadaaproximándose en niveles altos genera ascensos, enfría la capa L H Subsidenciaresaltadafavoreceairecálido en nivelesmedios y ayuda a fortalecerinversión. HR muybajaresaltaenfriamientoradiativo en tope de capa marina H Subsidenciadébillimitacalentamiento de nivelesmediosayudando a debilitarinversión H 300 500 Vaguada en 850 ayudadaporcalentamiento H Alta en 850 L 700 Inversióndébil, mezcladébil. Inversiónpotente Capa marina profunda, turbulenta y saturada con convergenciaresaltadaayudadaporvaguada de 850 Divergenciaresaltada y ayuda a mantenercapa marina menosprofunda, la que se secamásrápidopormenorcontenido de humedadrelativa y másmezcla vertical en la inversión 850 925 1000

37. Altura de la inversiónduranteeventosopuestos T950 – T1000 (Positivo=inversión) Llovizna… > 950 hPa Despejado… < 950 hPa -Capa marina llana -Nubesmenosgruesasdisipan (1) Menorsaturación, capallana (2) Másradiación en superficie y a través de inversióndébilfavorece mezcla con airesecoporencima. -Capa marina profunda -Nubesdensas se preservan (1) Humedadprofunda (2) Inversiónelevada e intensa con menosmezcla a traves de ella

38. Epocas favorables: Nieblas de advección (altamente dependiente de afloramiento intenso y localizado con gradientes de TSM) E M S F J O N M J D A A Llovizna (altamente dependiente de mar frío, subsidencia resaltada y convergencia costera) Nieblas de radiación (altamente dependiente de noches despejadas, vientos débiles y mar frío) No significa que los fenómenos sólo ocurran en estas épocas, pero es más probable que lo hagan

39. ¿Preguntas?

40. Prueba

41. ¿Cual de los siguientes procesos ayudan a precondicional la atmósfera para un evento de niebla/estrato sobre tierra? • Seleccione todas las que aplican • Advección fría/seca seguida por advección cálida • Superficies cálidas del mar • Fuerte flujo tierra adentro • Superficie de tierra fría • Capa marítima saturada • Superficie de tierra seca

42. ¿Cual de los siguientes procesos ayudan a mantener/sustentar un evento de niebla y estrato? • Seleccione todas las que aplican • Fortalecimiento de la inversión en capas bajas • Advección Cálida • Fuerte flujo tierra adentro • Capa marítima saturada • Advección de aire seco/frio

43. Formación de niebla/estrato en un medio ambiente marítimo se favorece cuando las siguientes condiciones están presente: Seleccione todas las que aplican • Advección de aire cálido sobre agua cálida • Temperatura de roció de la masa es mayor o igual que la TSM • Temperatura de roció es menor o igual que la mas fría TSM • Advección de aire cálido sobre agua fría • Presencia de corrientes oceánicas frías o regiones de ascenso • Gradientes apretados de TSM

44. ¿Disipación de niebla/estrato puede ser acelerado por cual de los siguientes procesos? Seleccione todas las que aplican • Bloqueo inducido por terreno/topografía • Cambio en trayectoria del aire la cual decrece el tiempo una masa de aire pasa sobre una fuente de humedad • Subsidencia a gran escala • Interacción/Llegada de un sistema dinámico • Mezcla turbulentica, o, transferencia de momento de por encima de la inversión.

45. Slides adicionales (por traducir y desarrollar)

46. Condiciones GeneralesPara Pronosticar Niebla

47. Observaciones de Superficie • Las observaciones nos pueden indicar de varios factores que son conducibles al desarrollo de niebla: • Débil viento en superficie • Pequeñas depresiones de temperatura-punto de roció, con tendencia a hacerse mas pequeña con el paso del tiempo • Bruma “Seca” (Hz), precede la formación de niebla • Caracteriza presencia de núcleos de condensación • Tendencias del viento, particularmente su dirección, si esta viniendo de cuerpos de agua o si esta ascendiendo adiabáticamente bajo forzamiento por el terreno.

48. Observaciones de Superficie • Para niebla y estratos en capas bajas, este pendiente de la tendencia en los siguientes parámetros observados. • Temperatura/roció y su depresión. • Nivel de las nubes, cobertura y tipo • Tiempo presente/pasado • Visibilidad

49. Excepciones • Qué el nivel de superficie este saturado, o cerca de saturarse, no es necesariamente conducible a la formación de niebla. • Frecuentemente le achacamos la culpa a la mezcla turbulenta el que no se forme niebla. • Pero evidencia empírica indica que la razón más importante radica en el perfil de humedad especifica: • Cuando la humedad especifica disminuye con la altura, niebla no se tiende a formar. • En lugar se forma rocío. • Escarcha se forma si esta suficientemente frío. • Ambas condiciones de rocío y escarcha tienen el efecto de secar la atmósfera baja.

50. Método de la Temperatura de Paso (Crossover Temperature) La temperatura de paso es la temperatura de punto de rocío más baja observada durante la parte más cálida del día. • En teoría, durante este periodo es cuando en teoría la masa de aire esta mas uniforme/mezclada. • La utilizamos para implicar el estado de humedad de toda la capa de niebla. • Conceptualmente esto representa la temperatura de roció a una altura de 200 pies sobre el terreno (unos 60 metros). Este es el método que los meteorólogos de la compañía UPS utilizan para pronosticar para los aeropuertos que ellos utilizan.