TEMA 7: JETS STREAMS Y SU RELACIÓN CON EL TIEMPO ATMOSFÉRICO

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2 TEMA 7: JETS STREAMS Y SU RELACIÓN CON EL TIEMPO ATMOSFÉRICO Objetivo Entender qué son las corrientes en chorro (o jet stream), dónde se localizan y por qué, y cuál es el rol de las mismas en la formación de ciclones de latitudes medias, los cuales caracterizan las fluctuaciones que diariamente observadas en las condiciones atmosféricas. Contenido 7.1 Jet streams: qué son y dónde se localizan? 7.2 Formación del jet stream polar y subtropical. 7.3 De la teoría a la realidad: cómo son los jets? 7.4 Papel del jet stream en la formación de tormentas.

3 7.1 Jet streams: qué son y dónde se localizan? Circulación general de la atmósfera: Movimiento promedio de la atmósfera en grandes periodos de tiempo Modelo de tres celdas Hemos tratado esta circulación como algo invariante, pero lo cierto es que las condiciones atmosféricas de la tierra varían día a día a pesar de que la radiación solar incidente no presenta cambios de un día al siguiente. Los movimientos de la atmósfera pueden oscilar en diversas escalas espacio-temporales. La dinámica que genera fluctuaciones en la atmósfera depende de la franja latitudinal: Trópicos: fluctuaciones atmosféricas dependen de los patrones de temperatura en la superficie del océano. Latitudes medias: fluctuaciones atmosféricas asociadas a la corriente en chorro.

4 7.1 Jet streams: qué son y dónde se localizan? Circulación general de la atmósfera: Movimiento promedio de la atmósfera en grandes periodos de tiempo Modelo de tres celdas En este capítulo explicaremos qué son las corrientes en chorro, dónde se localizan y por qué, y la importancia de las mismas en las fluctuaciones diarias del tiempo asociadas al pasaje de sistemas sinópticos.

5 TEMA 7: JETS STREAMS Y SU RELACIÓN CON EL TIEMPO ATMOSFÉRICO Objetivo Entender qué son las corrientes en chorro (o jet stream), dónde se localizan y por qué, y cuál es el rol de las mismas en la formación de ciclones de latitudes medias, los cuales caracterizan las fluctuaciones que diariamente observadas en las condiciones atmosféricas. Contenido 7.1 Jet streams: qué son y dónde se localizan? 7.2 Formación del jet stream polar y subtropical. 7.3 De la teoría a la realidad: cómo son los jets? 7.4 Papel del jet stream en la formación de tormentas.

6 7.1 Jet streams: qué son y dónde se localizan? qué son? Cinturones de vientos muy intensos que rodean el planeta** Soplan de oeste a este La intensidad de los vientos es variable a lo largo de los mismos El núcleo central de estas corrientes (jet streak / core of the jet) generalmente suele exceder los 180km/h y esporádicamente los 370km/h. Presentan una especie de serpenteo en la dirección norte-sur Pueden tener unos varios miles de kilómetros de longitud, unos pocos cientos de kilómetros de anchura (meridionalmente hablando) y varios kilómetros de espesor (altura vertical). dónde se localizan? Se ubican en la tropopausa por lo que también se les conoce como jets de la tropopausa Uno a los 30ºN y unos 13km de altura: jet subtropical (ídem en el HS) Otro a los 60ºN y unos 10km de altura: jet Polar (ídem en el HS)

7 7.1 Jet streams: qué son y dónde se localizan? Cuando el serpenteo del jet stream Polar es grande: puede llegar a mezclarse con el jet subtropical O podría romperse en dos jet streams, una rama que sopla hacia el norte y otra que sopla hacia el sur. El serpenteo del jet stream polar tiene una importante función transportando energía. En la figura se puede ver que el jet polar presenta dos partes una al este de las montañas Rocosas y otra al este de Canadá. El jet polar está advectando aire frío hacia los estados situados al este de las montañas Rocosas, mientras que el subtrópical jet barre la humedad tropical sobre los estados del sureste de EEUU en forma de una cobertura nubosa densa. Las Figuras muestran las posiciones del jet polar (flechas azules) y subtropical (flechas rojas) en 300mb durante el 9 de Marzo de La región en la que el flujo es más rápido (núcleo de la corriente) aparece marcada con flechas. La naturaleza ondulatoria y los cambios en su intensidad presentan un rol importante en el desarrollo de los ciclones de latitudes medias. Esto lo estudiaremos en la sección 7.4.

8 TEMA 7: JETS STREAMS Y SU RELACIÓN CON EL TIEMPO ATMOSFÉRICO Objetivo Entender qué son las corrientes en chorro (o jet stream), dónde se localizan y por qué, y cuál es el rol de las mismas en la formación de ciclones de latitudes medias que caracterizan las fluctuaciones que diariamente observadas en las condiciones atmosféricas. Contenido 7.1 Jet streams: qué son y dónde se localizan? 7.2 Formación del jet stream polar y subtropical. 7.3 De la teoría a la realidad: cómo son los jets? 7.4 Papel del jet stream en la formación de tormentas.

9 7.2) Formación del jet Polar y subtropical Formación del jet Polar La Figura muestra un esquema de la región de la atmósfera donde se ubica el frente polar y el polar jet en el Hemisferio Norte. ORIGEN: existencia de un frente polar (1) La superficie del frente polar actúa como una especie de superficie imaginaria que separa el aire frío polar del norte del aire cálido subtropical, impidiendo su mezcla y favoreciendo la existencia de un alto contraste de temperaturas. (2) Ese alto gradiente de temperaturas a lo largo del frente (ver isoterma de 20ºC) tiene asociado un alto gradiente de presiones a un lado y otro del frente (ver superficie de 500mb). Esto se puede deducir del teorema del espesor. (3) El rápido cambio de la presión a lo largo del frente establece un intenso gradiente meridional de presiones entre la parte ubicada hacia el norte del frente y la situada hacia el sur y, como el altura la componente zonal del viento se define: u g 1 f P y Ese alto gradiente meridional de presiones genera vientos muy intensos en la dirección zonal, causando la aparición del jet. (4) El hecho de que los vientos sean mas intensos en altura es consecuencia de: La densidad disminuye con la altura Lejos de los efectos de la topografía (no existe rozamiento). (5) El gradiente de temperaturas norte-sur a lo largo del frente polar es más intenso durante el invierno que durante el verano jet mayor intensidad durante la estación fría. (6) A su vez, durante el invierno el jet tiende a desplazarse más hacia latitudes subtropicales como consecuencia del desplazamiento del frente polar, afectando más al tiempo en latitudes medias del Hemisferio Norte. En verano, el jet se encuentra más débil y se ubica en latitudes más altas.

10 7.2) Formación del jet Polar y subtropical Formación del subtropical jet ORIGEN: existencia de dos factores: (1) La existencia de un gradiente de temperaturas en niveles altos y en la vecindad de los 30º de latitud asociado aire cálido transportando por la celda de Hadley hacia el polo y el frío por la celda de Ferrel hacia el ecuador. (2) Conservación del momento angular (este es el más importante de los dos). Momento angular: cantidad de movimiento que tiene una partícula girando alrededor de un eje: L = m r v Una parcela de aire que se encuentre en la celda de Hadley. Conforme se desplaza hacia el norte, r (distancia al eje de rotación de la Tierra) disminuye la velocidad aumenta (porque L se conserva). Coriolis la imprime una velocidad zonal (u) y cuando llega a los 30ºN donde v=0, entonces u es máxima porque el módulo de v es máximo.

12 7.3) De la teoría a la realidad cómo son los jets? En la realidad las corrientes en chorro no son cinturones que rodeen todo el planeta, sino que aparecen fragmentados. A su vez, si bien el modelo teórico habla de la existencia de dos jets en cada hemisferio, en mapas de promedios climatológicos no es trivial distinguirlos y tampoco resulta evidente la presencia de ambos (pudiendo incluso estar mezclados dada la variabilidad estacional del jet polar capítulo, 8 del libro: Tempo e clima no Brasil, Cavalcanti et al., 2009). Por ello, en lugar de hablar de jet polar o jet subtropical, simplemente hablaremos de jet.

13 7.3) De la teoría a la realidad cómo son los jets? La intensidad de los vientos no es uniforme ni latitudinal ni longitudinalmente: Centrándonos en el Hemisferio Norte, los máximos de intensidad se ubican en latitudes medias a la salida de los continentes, en el este asiático y estadounidense. Si nos enfocamos en el Hemisferio Sur, los máximos de intensidad de viento se encuentran en latitudes subtropicales sobre Australia, extendiéndose hacia el Pacífico, y sobre latitudes medias en el Atlántico Sur e Índico Sur. Comparando ambos hemisferios, el jet del Hemisferio Sur tiene un aspecto más cercano al de cinturón de vientos que el del Hemisferio Norte, el cual se presenta más fragmentado. El jet es mas intenso en el hemisferio de invierno.

14 7.3) De la teoría a la realidad cómo son los jets? Promedio anual del viento zonal en función de la latitud y de la altura. Máximos de intensidad de viento se encuentran en 200mb, en latitudes medias para el caso del Hemisferio Norte y sobre latitudes subtropicales/medias para el caso del Hemisferio Sur.

16 7.4) Papel del jet stream en la formación de tormentas El jet stream juega un papel importante en el transporte de calor de latitudes bajas a altas a través de: La advección de aire cálido (frío) hacia latitudes mas altas (bajas). Ver ejemplo de slide 7. El desarrollo e intensificación de ciclones en latitudes medias. El desplazamiento de los mismos hacia el polo, transporta calor hacia latitudes mas altas. Para que en latitudes medias se desarrollen e intensifique ciclones (centros de bajas presiones) es necesario que en niveles altos y por encima de donde en superficie se genera la tormenta, exista divergencia de viento. Tales áreas de divergencia en niveles altos pueden ser proporcionadas el jet.

17 7.4) Papel del jet stream en la formación de tormentas La figura representa un esquema de lo que sería un tramo de un jet. Es para el caso del hemisferio norte La fuerza del gradiente de presiones está dirigida hacia el norte La fuerza de Coriolis hacia el sur En niveles altos en la atmósfera la fuerza del gradiente de presiones está balanceada por la de Coriolis Resultado: vientos paralelos a la isobaras: viento geostrófico. Conforme el aire entra en el núcleo del jet la velocidad del mismo aumenta debido a un incremento del gradiente de presiones (las isobaras se aprietan). Hemisferio Norte En la región de la salida del jet streak, la intensidad de los vientos disminuye cómo consecuencia de la disminución del gradiente de presiones. y x Conforme el aire va entrando en el core del jet, su intensidad aumenta debido al incremento del gradiente de presiones y, temporalmente el gradiente de presiones es tal, que la fuerza asociada al mismo supera a la fuerza de coriolis. Como consecuencia de ello, el aire momentáneamente se balancea hacia el norte (FGP>FC), lo cual causa un apilamiento de aire en la región (1). La convergencia en (1) es mucho mas intensa que la divergencia en (2).

18 7.4) Papel del jet stream en la formación de tormentas Hacia la mitad del core del jet, el incremento de la velocidad del viento causa un incremento en la fuerza de Coriolis y el balance vuelve a ser geostrófico otra vez. Salida del jet streak, el gradiente de presiones se reduce mientras que la velocidad sigue siendo muy intensa, haciendo que momentáneamente el balance geostrófico desaparezca y la fuerza de Coriolis supere en intensidad a la del gradiente de presiones. Hemisferio Norte y Ese desbalance momentáneo induce un leve desplazamiento de los vientos hacia el sur, causando un apilamiento de aire en la región (4). Este proceso hace que la convergencia de aire sea más débil en (4) que la divergencia en (3). Todo lo comentada hasta ahora se da siempre y cuando el jet streak no tenga curvatura. En aquellos casos en los que exhiba curvatura ciclónica, las regiones (2) y (4) de débil divergencia y convergencia, respectivamente, desaparecen. x

19 7.4) Papel del jet stream en la formación de tormentas Es decir, con una curvatura antihoraria tendríamos una zona de fuerte divergencia a la salida del jet y de fuerte convergencia en la entrada. Debajo del área de fuerte divergencia en altura a la salida del jet, el aire asciende, se enfría y, si es lo suficientemente húmeda, el agua condensa y se forman nubes. A su vez, la divergencia del aire en altura causa una caída de la presión en superficie, que resulta en el desarrollo de una región de bajas presiones en superficie. Por tanto, para que se forme una tormenta ciclónica de latitudes medias es necesario que exista un área de divergencia en niveles altos. En aquellos casos en los que la divergencia en altura es mucho más intensa que la convergencia en superficie, entonces la tormenta se intensifica, de lo contrario tiende a disiparse. Finalmente destacar dos cosas: (1) los máximos de viento observados en latitudes medias/subtropicales vienen a coincidir con los máximos de precipitación en latitudes medias, y (2) la naturaleza ondulada del jet va a tender a direccionar las tormentas ciclónicas de latitudes medias hacia el noreste y los anticiclones hacia el sureste.

20 Celda de Walker

21 Celda de Walker