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COPYRIGHT 2005 Acedemia Colombiana de Ciencias Exactas, Fisicas y Naturales
Resumen
Mejia, J. F. & G. Poveda: Ambientes Atmosfericos de Sistemas Convectivos de Mesoescala sobre Colombia durante 1998 segun la mision TRMM y el re-analisis NCEP/NCAR. Rev. Acad. Colomb. Cienc. 29 (113): 495-514. 2005. ISSN 0370-3908.
Se presenta un diagnostico de los ambientes atmosfericos en los cuales se desarrollan sistemas convectivos de mesoescala (SCM) sobre Colombia y el Pacifico Oriental durante 1998, usando informacion de satelite de la mision TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), y los datos del re-analisis NCEP/NCAR. Se cuantifican los indices de estabilidad atmosferica denominados CAPE, CINE, LI, y temperatura potencial equivalente, asi como indices cinematicas tales como vorticidad vertical relativa y cortante vertical del viento. Se evaluan los ambientes atmosfericos que se presentaron durante 1998 asociados con la ocurrencia de SCM, y su variabilidad dentro de los distintos trimestres del ciclo anual. Se estiman los indices atmosfericos de gran escala asociados con los eventos mas intensos de precipitacion en los SCM, se estudian las relaciones existentes de tales indices atmosfericos de gran escala, y se analizan las condiciones de la atmosfera durante el ciclo de vida que precede y sigue la evolucion de los SCM.
Palabras clave: Colombia, Lluvia tropical, Mision TRMM, Sistemas Convectivos de Mesoescala, Ambientes atmosfericos, CAPE, CINE.
Abstract
Diagnostics of prevalent atmospheric conditions during the life cycle of meso-scale convective systems (MCSs) over Colombia and the eastern tropical Pacific are developed using satellite data from the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM), and from the NCEP/NCAR Reanalysis project. Atmospheric stability indices such as CAPE, CINE, LI, and equivalent potential temperature ate quantified, as well as kinematical indices such as relative vertical vorticity and vertical wind shear. Atmospheric environments associated with MCS ate studied for 1998, both as long-term means but also in terms of the seascnal cycle. Large scale atmospheric indices are quantified for the most intense precipitation events within MCS. Relationships between those indices ate estimated, and atmospheric conditions are studied for the life cycle of MCSs, including antecedent and subsequent conditions surrounding MCSs' activity.
Key words: Colombia, Tropical Rainfall, TRMM Mission, NCEP/NCAR Reanalysis, Meso-scale Convective Systems, CAPE, CINE.
1. Introduccion
El entendimiento de los procesos que gobiernan la dinamica de la precipitacion tropical, constituye uno de los retos mas fascinantes de la geofisica terrestre. Aspectos centrales de esa dinamica son desconocidos por multiples razones incluyendo: (1) la complejidad inherente a la dinamica espacio-temporal de la precipitacion tropical, (2) la ausencia de informacion detallada con alta resolucion espacio-temporal, (3) las creencias generalizadas de que los procesos del clima tropical son poco variables, y que responden a los mismos patrones y leyes de la precipitacion en latitudes extra-tropicales. Tal vez el rasgo mas notable de la precipitacion tropical es su extraordinaria variabilidad espacio-temporal, mas aun en escalas pequenas de espacio y tiempo. Esta observacion es valida tanto para la precipitacion sobre oceano como sobre tierra. Por ello, la precipitacion tropical exhibe rasgos (le multifractalidad y multiescalamiento, tal como se ha demostrado en los datos de los proyectos GATE y TOGA-COARE (Over & Gupta, 1994; Olsson & Niemczynowicz, 1996; Deidda et al., 1999). El origen de la mayor parte de la precipitacion en el tropico proviene de fenomenos de conveccion profunda, y de ahi la importancia de la escala vertical en el entendimiento de esa dinamica. Las tecnicas de estimacion de la precipitacion usando datos tomados por satelites permiten mediciones indirectas, con mayor cobertura de los procesos convectivos y con un mejor grado de resolucion espacial (North, 1992; Rasmusson & Arkin, 1992).
Por su posicion geografica, Colombia y sus alrededores poseen una alta proporcion de precipitacion proveniente de eventos muy intensos de conveccion profunda, los cuales interactuan fuertemente con la dinamica atmosferica global (Poveda 1998, 2004; Poveda & Mesa, 1997, 2000; Poveda et al., 2001: Cuartas & Poveda, 2002; Mapes et al., 2003a, b; Hoyos et al. 2005). Sobre el occidente de Colombia se presenta uno de los sitios mas lluviosos de la tierra, localizado sobre el pie de monte occidental de la Cordillera Occidental alrededor del municipo de Lloro, departamento del Choco (Eslava, 1993, Poveda, 1998, 2004; Poveda & Mesa, 2000; Poveda et al., 2001 ). La alta pluviosidad de esta zona es causada por la interaccion dinamica y termodinamica entre el transporte de humedad por los vientos del Chorro del Choco, la orografia de los Andes Occidentales, la interaccion de los dos anteriores con los vientos Alisios del este, y la dinamica de Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM, de aqui en adelante) sobre la region (Velasco & Frisch, 1987; Poveda, 1998, 2002; Poveda & Mesa, 2000, Mapes et al., 2003). Los efectos de las montanas de los Andes en la dinamica diurna de la lluvia son aun desconocidos y la escasez de registros, tanto de la vertical atmosferica como de pluviografos, han impedido avanzar en el entendimiento del ciclo diurno y su importancia relativa con la climatologia global y con otros fenomenos que favorecen la precipitacion en diferentes lugares de Colombia (Poveda et al., 2005). El Chorro del Choco y las ondas de gravedad que se generan termicamente en la atmosfera de Colombia tienen un efecto discernible sobre la precipitacion sobre el occidente del pais (Mapes et al., 2003a).
Existe extensa literatura sobre las regiones del planeta donde se presentan con mayor frecuencia los SCM (Velasco & Fritsch, 1987; Cotton & Antes, 1989; Blanehard, 1992; Blanchard & Cottou, 1994; Ridder, 1997; Mapes, 1997; LeMone et al., 1998; Poveda, 1998; Sherwood & Wahrlich, 1999; Lucas & Zipser, 2000; Laing & Fritsch, 2000; Nessbit et al., 2000). El reciente trabajo de Houze (2004) presenta una excelente revision del tema.
Sobre Colombia, los estudios de Velasco & Fritsch (1987), Poveda (1998), Poveda & Mesa (2000), Mapes et al. (2003a y b) y Warner et al. (2003) han comenzado a develar las caracteristicas de formacion de eventos intensos de precipitacion y de SCM sobre la region de interes. El trabajo de Zuluaga & Poveda (2004) usa un esquema de clasificacion de los eventos mas intensos de precipitacion sobre Colombia y sobre el Pacifico oriental al frente de la costa Colombiana. El esquema de clasificacion se aplica para discernir aquellos eventos que pueden ser considerados como SCM, usando las mediciones satelitales del proyecto "Mision para la Medicion de la Lluvia Tropical" (TRMM, por las iniciales de Tropical Rainfall Measuring Mission), durante el periodo 1998-2003. Alli se cuantifican las frecuencias relativas en las que se produce la lluvia a lo largo del dia, su amplitud y fase y se cuantifica su variabilidad espacial dentro de la region de estudio. Se estima ademas, la contribucion de la lluvia volumetrica de estos SCM, usando los algoritmos de estimacion de la Mision TRMM. Al mismo tiempo se examinan los rasgos espaciales de la precipitacion utilizados para la clasificacion de los sistemas convectivos. Zuluaga & Poveda (2004) discuten los aspectos centrales de la caracterizacion de SCM y de Complejos Convectivos de Meso-escala (CCM), en terminos de temperatura de brillo y alcance espacial.
Velasco & Fritsch (1987) explican la formacion y la dinamica de los SCM en terminos del desarrollo de vortices de nucleo calido de tamano de meso-escala, forzados por calor latente. La mayoria de ellos son nocturnos y continentales. La definicion de un SCM se establece en terminos de la temperatura infra-roja de cuerpo negro. La frontera de un SCM esta entre los -40[grados]C y los -62[grados]C. Tales autores concluyen que los SCM son sistemas predominantemente barotropicos profundos, es decir que la atmosfera posee temperaturas uniformes horizontales en altura, de manera que se presentan gradientes de presion pero no gradientes de temperatura. Asi, la estructura circular de los...
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