Revisión Teórica

Circulación media y estructura vertical

La circulación de niveles altos sobre Sudamérica durante el verano se caracteriza por una onda cuasi estacionaria compuesta por la Alta Boliviana (AB), una vaguada al oeste, sobre el Océano Pacífico, y una al este, sobre el noreste de Brasil, conocida como la Baja del Noreste (BNE).

La Alta Boliviana tiene su centro climatológico en, aproximadamente, 17°S - 70°W y es una componente importante del Sistema Monzónico Sudamericano (SMSA) en su etapa madura.

Circulación media en 200 hPa y precipitación acumulada durante el verano austral. (Figura adaptada de Garreaud, Aceituno, 2007)

Con respecto a su estructura vertical, la AB presenta un núcleo cálido por debajo de 150 hPa, con un máximo en 300 hPa. Lenters (1997) sugiere que la presencia de dicho núcleo es debido a subsidencia en la costa oeste de Sudamérica. Por encima de los 150 hPa, la AB presenta una capa delgada de aire frío ubicada al oeste del área de convección profunda de gran escala con overshooting de topes de cumulonimbos (CBs) sobre la cuenca del Amazonas. El enfriamiento adiabático que se produce dentro del flujo del este, conduce al movimiento de la capa fría hacia el oeste del overshooting.

Corte vertical de la anomalía de altura geopotencial (contornos) y anomalía de temperatura (sombreado). La línea blanca indica la isoterma de 0°C y los sombreados más oscuros indican mayores temperaturas. La región de la figura se encuentra entre 10° y 25°S. (Figura adaptada de Lenters y Cook, 1996).

Síntesis de características a escala regional relacionadas con la Alta Boliviana

Dos sistemas semipermanentes de baja presión están asociados a la AB de nivel alto. Tienen dos centros diferentes, la Baja del Chaco (BCH) al noroeste de Argentina, cuyo núcleo caliente está ubicado entre Paraguay y Bolivia, y la Baja del Noroeste Argentino (BNOA). La estructura de la BCH depende de los procesos térmicos, mientras que la BNOA involucra tanto procesos térmicos como orográficos (Saulo et al., 2010).

Hacia fines de noviembre la baja del Chaco se intensifica generando un aumento en el gradiente de presión entre el centro de Sudamérica y el noroeste del Sahara, áfrica. Como consecuencia de esto, los vientos alisios aumentan su intensidad y provocan un flujo anómalo de humedad positiva hacia el continente Sudamericano. Los vientos que ingresan son forzados a desviarse hacia el sur por la cordillera de los Andes formando la Corriente en Chorro en Capas Bajas (CCCB- también conocida como SALLJ de sus siglas en inglés: South American Low Level Jet). Estos vientos de niveles bajos producen advección de aire húmedo, provocando un aumento de la precipitación en el Amazonas, en el centro y sudeste de Brasil y en la Zona de Convergencia Sudamericana (ZCAS).

En niveles altos, la AB y la BNE forman un sistema cuasi-estacionario de onda corta el cual es intensificado por el movimiento ascendente de la actividad convectiva sobre Amazonia, el ZCAS y los Andes Centrales. La convergencia de humedad en niveles bajos y la liberación de calor latente en niveles medios ayudan a sostener el movimiento ascendente y mantener una troposfera alta y relativamente caliente en la región.

Estas características son típicas del SMSA (Vera et al., 2006).

Contrario a lo que pueda pensarse, estudios como el de Gandu y Silva Dias (1998) y el de Lenters y Cook (1997) mostraron que la elevación de la Cordillera de los Andes no afecta significativamente de manera directa la circulación de capas altas. Las simulaciones indican que la AB se forma aún en ausencia de los Andes. Sin embargo, la cordillera intensifica indirectamente el anticiclón al inducir precipitación en los Andes Centrales y al modificar la precipitación en otras regiones.

Circulación en superficie asociada a la Alta Boliviana
CCCB: Corriente en Chorro en Capas Bajas
ZCIT: Zona de Convergencia Intertropical
ZCAS: Zona de Convergencia del Atlántico Sur
BCH: Baja del Chaco
BNA: Baja del Noroeste Argentino
A: Anticiclones subtropicales Circulación en altura asociada a la Alta Boliviana
AB: Alta Boliviana
BNE: Baja del Noreste

Variabilidad estacional de la Alta Boliviana

Las variaciones estacionales de la Alta Bolivian (AB) estan fuertemente asociadas a las distintas etapas que presenta el Sistema Monzónico Sudamericano (SMSA).

  • Invierno (Junio, julio, agosto- JJA): El área de intensas precipitaciones ubicada al norte de Sudamérica está relacionada con la posición de la ZCIT. El centro anticiclónico de altura no se encuentra presente sobre el continente.
  • Primavera (septiembre, octubre, noviembre-SON): En superficie, el flujo del este se desplaza hacia el sur, advectando humedad y desplazando el área de precipitaciones intensas hacia el centro del Amazonas. Un centro anticiclónico débil, asociado a ésta actividad convectiva, comienza a formarse sobre Sudamérica, apenas al norte de la posición climatológica de la Alta Boliviana. Estos desplazamientos en la precipitación y la circulación en altura dan inicio al Monzón Sudamericano.
  • Verano (diciembre, enero, febrero- DEF): Durante la fase madura del monzón la precipitación alcanza su máximo valor en el centro de Sudamérica, en los Andes Centrales y en la ZCAS. La Alta Boliviana se intensifica en respuesta a esta convección y a la liberación de calor latente y se posiciona sobre el Altiplano Boliviano. El centro ciclónico que se forma sobre el noreste de Brasil, corriente abajo de la AB, es la Baja del Noreste (BNE).
  • Otoño (marzo, abril,mayo-MAM): Los sistemas polares que entran al continente llevan a una disminución de la humedad y rápida disminución del calor latente disponible. Esto, junto con el desplazamiento del sol hacia el norte del ecuador, causa el debilitamiento de la cuña subtropical/AB. La BNE ya no esta presente y el monzón se debilita.

Precipitación media estacional (sombreado) y función corriente en 200 hPa para el hemisferio sur (a) invierno (junio, julio, agosto) , (b) primavera (septiembre,octubre,noviembre), (c) verano ( diciembre, enero, febrero), y (d) otoño ( marzo,abril,mayo). A: sistema de alta presión , AB: Alta Bolviana y BNE: Baja del Noreste. Figura adaptada de Garreaud, Aceituno, 2007.

Cuatro patrones de la circulación en niveles altos típicos de la Alta Boliviana

La posición y forma de la Alta Boliviana se modifican por la precipitación y por distintas componentes de la circulación atmosférica. Ferreira et al. (2004) identifican 4 tipos de configuraciones:

a) Alta Boliviana - Baja del Noreste

Función corriente en 250 hPa, para el 2 de enero de 1999. (Ferreira et al, 2004)
  • En esta configuración, la AB se encuentra en su posición climatológica.
  • Un vórtice ciclónico (BNE) se ubica corriente abajo y sobre el océano Atlántico, en el NE de Brasil. La generación de estos vórtices se debe a la amplificación de la cuña de niveles altos asociada con el desplazamiento de los frentes fríos hacia el Ecuador sobre Sudamérica (Kousky y Gan, 1981).
  • La zona de transición entre los sistemas de nivel alto y bajo (AB y BNE) favorece la divergencia en niveles altos. Esto conduce a la convección y precipitación
  • Entre la cuña subtropical y la vaguada en altura hacia el este, la inestabilidad convectiva se hace máxima debido a la advección de aire más frío por encima. Además, el viento máximo débil de 35-50kt, tiende a favorecer áreas de divergencia en altura al rodear la vaguada, esto conduce a incrementar la convección.

b) Alta Boliviana - Baja del Noreste - Centro Anticiclónico

Función corriente en 250 hPa, para el 7 de enero de 1999. (Ferreira et al , 2004).
  • Cuando la BNE se intensifica y se adentra al continente, la AB adquiere una marcada orientación NO-SE, sobre SE de Brasil. Dependiendo de la intensificación de la cuña, la AB puede dividirse en dos anticiclones sobre el SE de Brasil y sobre el océano adyacente.
  • Ferreira et al. (2004) sugiere que la formación del centro anticiclónico (AT) al sur del BNE está asociada a una amplificación del cuña en altura debido al avance de frentes fríos desde Argentina hacia la región de la ZCAS.
  • Los frentes fríos se mantienen estacionarios unos cuantos días estableciendo la ZCAS y la nubosidad asociada.
  • Al oeste de la cuña, se produce una banda alargada de nubosidad convectiva y precipitación con orientación NO-SE, junto con una vaguada de latitudes medias en niveles altos. Este patrón generalmente esta asociado a un sistema frontal.

c) Alta Boliviana - Centro Anticiclónico

Función corriente en 250 hPa, para el 19 de enero de 1999. (Ferreira et al, 2004)
  • Este patrón se observa generalmente una vez que se disipa la BNE, el centro anticiclónico AT se intensifica y la Alta Boliviana se desplaza hacia el oeste y se instala sobre el Océano Pacífico.
  • Se desarrolla una vaguada en niveles medios sobre Argentina, entre ambas circulaciones anticiclónicas, favoreciendo la convección en el sudeste de Paraguay y en el noreste de Argentina.
  • En el flanco sudeste del centro anticiclónico AT, la convección se ve reforzada por la circulación de altura, dando lugar a precipitaciones estratiformes.

d) Alta Boliviana - Vaguada

Función corriente en 250 hPa, para el 12 de enero de 1999. (Ferreira et al , 2004)
  • Cuando una vaguada de niveles altos domina la circulación sobre el sur de Brasil, la AB se extiende zonalmente, centrada aproximadamente sobre el norte de Chile.
  • La BNE no se observa en este caso, permitiendo que los frentes fríos avancen libremente hacia el noreste .

Interacción con la ZCAS

Las simulaciones numéricas han mostrado que la precipitación en la ZCAS modula la intensidad y la posición de la AB. El patrón responsable de las influencias mutuas entre la convección en la ZCAS y la AB se conoce como el Dipolo de Sudamérica (SASS, del inglés South American SeeSaw).

a) Fase negativa de la SASS

 Cuando los sistemas frontales alcanzan el sudeste de Brasil, las fuertes convergencias en capas bajas incrementan el flujo de humedad del oeste, desviando la CCCB hacia la región de la ZCAS. Bajo estas condiciones, la convección en la ZCAS se intensifica y se encuentra bien organizada y extendida hacia el sudeste. La subsidencia compensatoria intensa inhibe la precipitación sobre Paraguay, Uruguay y las regiones subtropicales de Argentina y Brasil . Todos estos cambios en los campos de precipitación de Sudamérica debilitan la Alta Boliviana y la desplazan hacia el oeste de su posición climatológica.

b) Fase positiva de la SASS

 Cuando la ZCAS se encuentra debilitada y al sur de su posición climatológica, la Corriente en Chorro en Capas Bajas adquiere una componente hacia el sur intensa a lo largo del este de la cordillera de los Andes. La Alta Boliviana se intensifica y se centra sobre el Altiplano Boliviano.

Interacción entre la Alta Boliviana y la convección profunda sobre el norte Argentino

La AB puede facilitar el desarrollo de la convección profunda especialmente en su periferia por la presencia de flujo difluente y divergente.

Verde: altura geopotencial en 200 hPa
Naranja: isotacas en 200 hPa
Celeste: geopotencial en 500 hPa
área sombreada en rojo: convección realzada

Por lo tanto, dos mecanismos pueden contribuir al desarrollo convectivo:

a) Interacción con onda corta de niveles medios:

La vaguada de una onda corta que se propaga al sur de la AB puede generar suficiente divergencia como para provocar el desarrollo de convección explosiva y de sistemas convectivos de mesoescala (en caso de que otros parámetros atmosféricos resulten favorables) sobre la región norte de Argentina y sur de Brasil.

b) Generación de jet de altura intenso:

Cuando la AB es muy intensa, es común la generación de importantes jets de altura con curvatura anticiclónica, ubicados al sur de la misma. La parte izquierda en la región de entrada del jet es una zona favorable para el desarrollo de convección debido a la divergencia en altura (Ucellini y Johnson, 1979).

Otros factores de mesoescala, tales como lineas de convergencia, ondas de gravedad, rollos convectivos en la capa límite planetaria e inhomogeneidades de superficie también influyen a que se dispare la convección. Estos mecanismos tienen un rol importante, particularmente en la región noroeste de Argentina, donde conducen al desarrollo de circulaciones locales asociadas a la topografía y al calentamiento radiativo (Vidal, 2014). Así mismo, las perturbaciones del flujo a sotavento, casi perpendiculares a los Andes del norte de Chile, pueden generar el mecanismo que dispara la convección diurna.