La Alta Boliviana y su Relación con la Convección Profunda sobre el Norte de Argentina

Patrones Nubosos en Imágenes Satelitales

La presencia de la Alta Boliviana (AB) y su posición sobre el Altiplano Boliviano influyen sobre la formación de diferentes tipos de nubes sobre el continente.

En particular, este capítulo se refiere a dos patrones nubosos que se observan en las imágenes satelitales, ubicados en el flanco sur de la Alta Boliviana:

1. Bandas angostas de nubes Cirrus: nubes Cirrus ubicadas en los niveles altos de la tropósfera (300-200 hPa) ingresan al continente desde el norte de Chile organizadas en bandas angostas con curvatura anticiclónica. Su orientación es generalmente paralela al viento de niveles altos y se relacionan con la presencia de la corriente en chorro subtropical en el sector polar de la circulación anticiclónica de niveles altos.
2. Convección profunda realzada sobre el norte de Argentina: nubosidad de tipo Cumulonimbus con diferentes grados de organización (celdas aisladas o agrupadas (clusters)) se originan a sotavento en la ladera este de la Cordillera de los Andes producto de las circulaciones locales que se desarrollan durante las horas de máximo calentamiento radiativo. La convección profunda también se intensifica sobre las planicies del Noreste Argentino debido a la divergencia de la AB en niveles altos.

1. Bandas angostas de nubes Cirrus

1 Febrero 2015/00.30 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.7 1 Febrero 2015/00.30 UTC - Imagen GOES 13 WV 6.7

1 Febrero 2015/00.30 UTC - Imagen realzada GOES 13 IR 10.7 1 Febrero 2015/00.30 UTC - Imagen realzada GOES 13 WV 6.7

2. Convección profunda realzada en el norte de Argentina

2 Febrero 2015/22.30 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.7 2 Febrero 2015/22.30UTC - Imágen GOES 13 WV 6.7

2 Febrero 2015/22.30UTC - Imágen realzada GOES 13 IR 10.7 2 Febrero 2015/22.30UTC - Imágen realzada GOES 13 WV 6.7

La siguiente animación muestra la circulación en niveles altos y las nubes asociadas a la Alta Boliviana durante el 1 Febrero, 2015.

1 de febrero 2015 00:00-23:30 UTC. GOES 13 WV 6.75

1 de febrero 2015 00:00-23:30 UTC. GOES 13 IR 10.7

 

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.

Variables Características

Intensificación del Jet de altura con curvatura anticiclónica:

• Altura geopotencial en 200 hPa: centro cerrado de circulación ubicado sobre Bolivia o norte de Argentina (Alta Boliviana, AB).
• Isotacas en 200 hPa: jet de altura con curvatura anticiclónica. Dos Jet streaks ubicados al sur de la AB.
• Líneas de corriente y divergencia en 200 hPa: flujo difluente y máxima divergencia en el flanco sudeste de la AB.

Interacción con onda corta de niveles medios:

• Omega en 500 hPa: máximo movimiento de ascenso al sureste de la AB.
• Altura Geopotencial en 500 hPa: onda corta en niveles medios ubicada al sur de la AB
• Convergencia de humedad en 850 hPa: convergencia de humedad al SE de la AB en el norte de Argentina.
• Vector del viento en 850 hPa: viento meridional del norte sobre el norte de Paraguay y Argentina en conexión con SALLJ ( South American Low Level Jet)

Interacción con forzantes locales:

• Wind vector at 925 hPa: low level convergence along the Andes.
• Omega at 925 hPa: maximum upward movement on the eastern slopes of the Andes.

Aclaración: Los siguientes ejemplos de variables características corresponden a dos casos de estudio distintos.

Altura geopotencial e isotacas en 200 hPa

3 Febrero 2015/12.00 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.8; verde: altura geopotencial en 200 hPa, amarillo: isotacas en 200 hPa.

Líneas de corriente y divergencia en 200 hPa

3 Febrero 2015/12.00 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.8; verde: líneas de corriente en 200 hPa, azul: divergencia en 200 hPa.

Advección de vorticidad y altura geopotencial en 500 hPa

3 Marzo 2015/18.00 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.7; cyan: altura geopotencial en 500 hPa, verde: advección de vorticidad positiva en 500 hPa, azul: advección de vorticidad negativa en 500 hPa.

Convergencia de humedad y vector viento en 850 hPa

3 Marzo 2015/18.00 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.7; vector verde: viento en 850 hPa, amarillo: convergencia de humedad en 850 hPa.

Omega y vector del viento en 925 hPa

03 Febrero 2015/18:00 UTC - GOES 13 IR 10.7; vector verde: viento en 925 hPa, rojo: omega en 925 hPa.

 

Estructura Vertical

• Viento: la corriente en chorro de capas altas se observa al este de los Andes en 200 hPa
• Divergencia: valores positivos en niveles altos, al este de los Andes, asociada a la curvatura ciclónica de la corriente en chorro y a la difluencia del flujo.
• Convergencia de humedad: máxima en niveles bajos debido a la desaceleración del viento norte.
• Temperatura potencial equivalente: leve apretamiento de las isentrópicas indicando la presencia de un frente cálido.

Ubicación de los cortes verticales

Corte Vertical Zonal C - D

03 de Febrero de 2015 / 12.00 UTC. Lat 26°S.
Sombreado: divergencia (10-5 s-1), contornos en negro: temperatura potencial equivalente (K), contornos punteados: viento meridional menor a -5 m/s y flechas: circulación zonal.

Corte vertical meridional B - A

03 de Febrero de 2015 / 12.00 UTC. Lon 54°W.
Sombreado: convergencia de humedad (g kg-1 día-1), contornos en negro : temperatura potencial equivalente , K, contornos en violeta: viento zonal mayor a 25 ms-1 y flechas: circulación meridional.

 

Fenómenos de Tiempo Significativo

Estos fenómenos de tiempo están principalmente asociados al desarrollo de convección profunda a lo largo del flanco Este de la Alta Boliviana. Específicamente se describen los siguientes parámetros como ocurren en el norte de Argentina.

Parámetro	Descripción
Precipitación	Intensificación de la actividad de SCMs en la región norte de Argentina. Eventos locales de intensa precipitación a sotavento de la cordillera de los Andes en el noroeste de Argentina.
Temperatura	Sin cambios en superficie.
Viento (incluyendo ráfagas)	Viento y cortante intensos en niveles altos en la parte sur de la AB. Posibles ráfagas severas de viento asociadas a convección profunda o SCM.
Otra información relevante	Riesgo de turbulencia en niveles altos relacionada al jet de capas altas ubicado en la parte sur de la Alta Boliviana. Riesgo de turbulencia en niveles medios cerca de la Cordillera de los Andes en el noroeste de Argentina.

03 Febrero 2015/12:00 UTC - imagen GOES 13 IR 10.7; fenómenos del tiempo (verde: lluvia, azul: llovizna, rojo: tormenta, amarillo: niebla, marrón: polvo,negro: sin precipitación o reporte de tiempo presente). 03 Febrero 2015/12:00 UTC - imagen GOES 13 IR 10.7; observaciones de tipos de nubes de los reportes synop (amarillo punteado: sin reporte de tiempo presente).

Imagen del 03 de febrero 2015/06.00 UTC - GOES 13 IR 10.7; nefoanálisis (generado por el Servicio Meteorológico Nacional, Argentina)

Referencias

• Ferreira, N. J., Correia, A. A., and Ramírez, M. C. V., 2004: Synoptic scale features of the tropospheric circulation over tropical South America during the WETAMC TRMM/LBA experiment. Atmósfera, vol. 17, num. 1, pp. 13-30.
• Gandu, A. and Silva Dias, P. L., 1998: Impact of tropical heat sources on the South American tropospheric upper circulation and subsidence. Journal of Geophysical Research, Volume 103, Issue D6, pp. 6001-6015
• Garreaud, R. and Aceituno, P., 2007: The Physical Geography of South America, Chapter 3. Oxford University Press.
• Kousky, V. E., and Gan, M. A., 1981: Upper tropospheric cyclonic vortices in the tropical South Atlantic. Tellus (1981),33,538-551.
• Lenters, J. D. and Cook, K. H., 1997: On the origin of the Bolivian high and related circulation features of the South American climate. Journal of the Atmospheric Sciences 54.5: 656-678.
• Saulo, C., Ferreira, L., Nogués-Paegle, J., Seluchi, M., and Ruiz, J., 2010: Land-Atmosphere Interactions during a Northwestern Argentina Low Event. Mon. Wea. Rev., 138, 2481-2498. http://dx.doi.org/10.1175/2010MWR3227.1
• Uccellini, L. W., and Johnson, D. R., 1979: The coupling of upper and lower tropospheric jet streaks and implications for the development of severe convective storms. Mon. Wea. Rev., 107, 682-703.
• Vera, C., and Coauthors, 2006: Toward a unified view of the American Monsoon Systems. J. Climate, 19, 4977-5000.
• Vidal, L., 2014: Convección extrema sobre Sudamérica: estructura interna, ciclos de vida e influencia de la topografía en la iniciación. PhD dissertation, University of Buenos Aires.