Resumen

Dinámica de la circulación zonalmente asimétrica del hemisferio sur

El objetivo de esta tesis es describir y avanzar en el entendimiento de la circulación zonalmente asimétrica en el hemisferio sur en escalas estacionales y más largas. Para ello, se utilizaron datos de reanálisis de ERA5, simulaciones históricas de del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP6) y experimentos de sensibilidad del Proyecto de Intercomparación de Modelos de Detección y Atribución (DAMIP). Se computaron las Funciones Empíricas Ortogonales Complejas (cEOF) de las anomalías zonales de altura geopotencial en 200 hPa y 50 hPa en conjunto, lo que permitió caracterizar los principales patrones de variabilidad de la circulación zonalmente asimétrica en fase y amplitud.

Se identificaron dos modos principales de variabilidad. El primer cEOF (cEOF1) representa la variabilidad de la onda zonal 1 en la estratosfera y está asociado a un patrón de tipo Modo Anual del Sur (SAM) en la tropósfera y con anomalías significativas de ozono estratosférico. Su fase de 0º presenta una tendencia positiva en el período 1940–2020 consistente con la evolución del agujero de la capa de ozono. En cambio, el segundo cEOF (cEOF2) representa un patrón de onda 3 con magnitud máxima en el Pacífico en la tropósfera principalmente y con una señal menos significativa en la estratósfera. Este modo está relacionado con patrones espaciales de tipo Patrón del Pacífico-Sudamérica (PSA) y con un patrón anular de tipo SAM. Su impacto en las anomalías de temperatura del aire en superficie y de precipitación depende de su fase. Si bien este modo está activo en ausencia de forzante tropical, las anomalías de temperatura de la superficie del mar en el Pacífico tropical determinan su fase.

Se realizó un estudio de la variabilidad del SAM separándola en su parte zonalmente simétrica (S-SAM) y asimétrica (A-SAM). El S-SAM está asociado a un patrón anular zonalmente simétrico mientras que el A-SAM está asociado a un patrón de onda zonal 3-4. La correlación entre el SAM y El Niño-Oscilación del Sur se debe únicamente a su parte asimétrica y la tendencia del SAM sólo se observa en su parte simétrica. Los impactos regionales de cada componente también son diferentes y responden a distintos procesos.

El estudio de la relación de ambas componentes del SAM con los modos principales de variabilidad zonalmente asimétrica mostró que el cEOF1 está moderadamente relacionado con el A-SAM, principalmente su fase de 90º en la estratósfera. La fase de 90º del cEOF2 está altamente correlacionada con el A-SAM en la tropósfera, lo que sugiere que se trata de dos índices que describen el mismo fenómeno. Esto sugiere que el A-SAM no sea un modo físico sino que debe ser entendido como una fase del cEOF2 (PSA) y que sólo surge como parte del SAM debido a la metodología utilizada para aislarlo.

Finalmente, se analizaron estos modos en simulaciones históricas de CMIP6 y se encontró que la capacidad de los modelos de representar estos modos es relativamente buena aunque varía entre los modelos. La media multi-modelo los representa de manera adecuada. Asimismo se encontró que la mayoría de los modelos exageran la relación entre los modos y la temperatura de la superficie del mar. En la exploración de la influencia de los forzantes externos en explicar las tendencias asociadas con las fases del cEOF1 se encontró que para la fase de 0º, el aumento de los gases de efecto invernadero fuerza una tendencia negativa, mientras que la variación del ozono estatosférico fuerza una tendencia positiva. Ambas tendencias se compensan y la tendencia en los experimentos históricos es casi nula. Para la fase de 90º, la variación tanto de los gases de efecto invernadero como del ozono estratosférico fuerzan una tendencia negativa, mientras que el forzante de los aerosoles estratosféricos fuerzan una tendencia positiva. El balance de estos forzantes genera una tendencia negativa.