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Revista Universitaria de Geografía

versión On-line ISSN 1852-4265

Rev. Univ. geogr. vol.24 no.1 Bahia Blanca jun. 2015

 

ARTÍCULO

Posible impacto de la activación de la celda de Hadley en la actual sequía en los Andes Áridos

Arnobio Germán Poblete* - Juan Leonidas Minetti** - Carla Antonella Borbore***

* Profesor. Instituto de Geografía Aplicada (IGA). UNSJ-San Juan agpoblete@gmail.com
** Dpto. de Geografía UNT-Tucumán-CONICET y Laboratorio Climatológico Sudamericano minettil@arnet.com
*** Alumna. Instituto de Geografía Aplicada (IGA).UNSJ-San Juan - antoleo29@gmail.com


Resumen
El propósito de este trabajo es evaluar objetivamente el posible impacto de la activación de la celda de Hadley, supuestamente debida al calentamiento global (CG), en la intensidad y probable desplazamiento latitudinal del anticiclón del Pacífico Sur. Este anticiclón es el principal inhibidor de los mecanismos precipitantes que intervienen en la caída de nieve en los Andes Áridos, fuente de agua de los ríos cuyanos y de Chile Central. Se empleó el Análisis de Correlación y el Break Regression para detección de rupturas en la pendiente de la recta de regresión y el Reanalysis del NCEP/NCAR para la validación espacial. Conclusiones: Se detectaron tres ritmos de crecimiento en la temperatura global del periodo abril-septiembre demarcando los intervalos 1909-1944 (crecimiento débil), 1945-1976 (casi estacionaria) y 1977-2012 (fuerte aceleración); en los cuales la marcha del CG tuvo el comportamiento desigual descripto. Desde 1977 se verificó la influencia de la posible activación de la celda de Hadley sobre la presurización por subsidencia del anticiclón y con ello la disminución del recurso hídrico en el área de estudio.

Palabras clave: Calentamiento Global; Celda de Hadley; Anticiclón del Pacífico Sur; Crisis Hídrica; Andes Áridos.

Possible impact of the activation of the Hadley cell on the current drought in the Arid Andes

Abstract
The purpose of this paper is to objectively evaluate the possible impact of the activation of the Hadley cell, presumably due to global warming (CG), on the intensity and likely latitudinal displacement of the South Pacific anticyclone. This anticyclone is the main inhibitor of the precipitant mechanisms involved in snowfall in the Arid Andes, which is the main water source of the rivers in Cuyo and Central Chile areas. A Correlation Analysis and Break Regression were used to detect breaks in the slope of the regression line. Likewise, the Reanalysis NCEP / NCAR was implemented for spatial validation.
Conclusion: three growth rates were detected in global temperature for April-September period delimiting the following intervals where the progress of the CG was quite uneven: 1909-1944 (weak growth), 1945-1976 (almost stationary), and 1977-2012 (marked acceleration). The influence of the possible activation of the Hadley cell over pressurization subsidence of the anticyclone and the consequent decrease of water resources have been verified in the study area since 1977.

Key words: Global Warming; Hadley Cell; South Pacific Anticyclone; Water Crisis; Arid Andes.


 

Introducción

La actividad de la celda de Hadley está siendo estudiada debido a que hay hipótesis que postulan su aceleración y/o expansión motivadas por el calentamiento global (CG) que repercutiría en un incremento de la convección de los alisios en la ZCIT (Zona de Convergencia Intertropical) y una subsidencia más intensa en las regiones subtropicales, que produciría una presurización y expansión de los anticiclones de esa región por ganancia de masa, descarga de calor latente que se convierte en sensible y energía potencial (calentamiento adiabático de la columna atmosférica), los que en conjunto inducirían un posible desplazamiento de aquellos (Díaz and Bradley, 2004; Hu and Fu, 2007; Lu et al., 2009; Spencer et al., 2007). El régimen de precipitación en los Andes Áridos de la Argentina y Chile depende principalmente del paso de sistemas frontales, depresiones en superficie, vaguadas y bajas segregadas -entre otros- a lo que se suma el forzamiento orográfico que impone la cordillera (Viale, 2010). La actividad de ellos depende de factores de la larga escala (Poblete y Minetti, 2013) entre los que se destacan: las temperaturas superficiales del mar (SST) en el área Niño 3+4, la actividad del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur (ASPSO), el desplazamiento latitudinal de este (LSAP) y la Oscilación Decadal Pacífica (PDO - Trenberth y Hurrell, 1994), entre otros. De ellos, en este trabajo, se estudiará la relación entre el ASPSO y el LSAP con el CG, para comprobar si están ligados a la citada aceleración de la celda (Minetti et al., 2014).

En otros trabajos (Poblete y Valdez, 2014; Minetti et al., 2010) los autores demostraron que hay una relación entre la temperatura global en el período abril-septiembre con la intensidad y el desplazamiento latitudinal del anticiclón del Pacífico Sur, factores que inciden negativamente en la caída de nieve en los Andes Áridos y lo atribuyen, entre otros forzantes, a la aceleración de la celda de Hadley antes descripta. Sin embargo, no encontraron una coherencia significativa cuando estudiaron la variabilidad temporal de los mismos. En este artículo se analiza la correlación entre la actividad de la celda de Hadley, medida indirectamente con la temperatura global (TG) siguiendo la hipótesis de trabajo aquí planteada, junto a la caída de nieve y los principales factores que inciden negativamente en la misma.

Para realizarlo, primero se identifican cambios abruptos producidos en la temperatura global y las otras variables citadas, con las técnicas objetivas que se describen en Datos y Métodos. Investigadores e Instituciones han intentado construir un índice que cuantifique el posicionamiento latitudinal del ASPSO tales como: NCEP (National Center for Environmental Prediction), NCAR (National Center for Atmospheric Research), (Kalnay et al., 1996; Kistler et al., 2001), National Climate Centre (NCC) del Australian Bureau of Meteorology, utilizando diversos métodos que no han generado series homogéneas a los efectos de la comparación dentro de los subperíodos analizados (Kidson, 1925; Smagorinsky, 1963). Otros, asociándolo con su impacto en las precipitaciones regionales (Minetti et al., 2009; Rusticucci y Penalba, 2000). En el área de estudio los intentos de utilizar al ASPSO para explicar la variabilidad interanual del clima fueron realizados por Pittock (1980; 1982), Minetti et al. (1982), Radicella et al. (1989) y Minetti y Vargas (1997). En la mayoría de los casos, los períodos analizados para discernir sobre los impactos de las posiciones del ASPSO con otras variables climáticas han incluido pocas décadas y sin embargo han obtenido conclusiones inherentes al cambio climático (CC) (Minetti et al., 2014). En otro artículo, los autores demostraron (Poblete et al., 2013) que también el desplazamiento hacia el sur del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur (LSAP) tiene una asociación inversa con la caída de nieve en los Andes Áridos. Por las razones expuestas y la continuidad de la sequía en Cuyo y Chile Central, prácticamente toda la última década, se considera importante investigar sobre la relación entre el LSAP y el ASPSO con la posible aceleración de la celda de Hadley.

Datos y métodos

Como no se cuenta con datos que midan directamente la actividad de la celda de Hadley y la caída de nieve en la cordillera para períodos prolongados, se tuvo que recurrir a estimaciones indirectas mediante índices representativos de las mismas. Estos fueron validados por los autores utilizando test de consistencia y homogeneidad. Su aplicación se describe a continuación:

Las figuras 1a y 1b muestran la posición media del ASPSO en los meses de enero y julio. Los datos de la temperatura global (TGLOB) fueron descargados del Instituto Goddard (NASA). La estimación mensual del "LSAP" en grados geográficos se realiza mediante un ajuste de un polinomio de tercer grado al conjunto de datos mensuales de presión atmosférica reducida al nivel medio del mar. Esto se realiza sobre aquellas estaciones meteorológicas ubicadas a lo largo de la costa lindera con el Océano Pacífico Sur y en caso de escasez de información en el interior del continente. Su construcción es la siguiente:


Figura 1a: Posición media del anticiclón Subtropical Pacífico Sur (ASPSO) en enero. Fuente: Longley, 1973.


Figura 1b: Posición media del anticiclón Subtropical Pacífico Sur (ASPSO) en julio. Fuente: Longley, 1973.

a) Se formula el siguiente algoritmo:

(1)

donde:

P = Presión media mensual al nivel del mar de un mes y año determinado.

a, b, c, d = coeficientes del polinomio.

L = latitud en grados Sur.

E = error de estimación.

b) Se estima por derivación la tangente de (1) igualada a cero, a los efectos de obtener la posición del máximo de presión. En caso de algún resultado no satisfactorio, se aplica un polinomio de quinto grado para realizar el ajuste. El objetivo del modelado con dichos polinomios es suavizar las irregularidades que presentan los datos por efectos naturales y/o artificiales (Minetti et al., 2009).

La serie del LSAP que se analiza corresponde al lapso 1909-2012, consistida y homogeneizada en el período abril-septiembre. Para valuar el ASPSO se utiliza la presión atmosférica a nivel del mar de la estación Quinta Normal de Santiago de Chile; la que se simboliza como PSGO con el aditamento de la sigla AS cuando se trata del período abril-septiembre.

Por la inexistencia de datos de nieve y precipitación suficiente sobre los Andes Áridos se utiliza como índice hidroclimático de los mismos a los derrames anuales del río San Juan (DJUA). Esto surge de acuerdo con los estudios realizados por Minetti (1985) y Poblete et al. (2008; 2013) donde se demostró que los mismos se asemejan al derrame medio de todos aquellos que se alimentan del agua de deshielo proveniente de la región.

La metodología básica empleada para el estudio de la relación entre las series fue el análisis de correlación que consistió en calcular el coeficiente producto-momento de Pearson (Draper y Smith, 1976). Para el análisis espacial el Reanalysis del NCEP y NCAR de la NOAA de los Estados Unidos cuyo algoritmo es:

(2)

Donde:

n= número de datos,

xi es el dato en la posición i, con medias de las dos series,

Sx, Sy y desviaciones estándar de las variables x e y.

Test de break regression (BR)

El procedimiento de las regresiones de ruptura (Break Regression -BR-) consiste en calcularlas punto a punto durante un corrimiento sobre toda la serie temporal y en cada uno de ellos aplicar un test de significación de la tendencia. Cuando esta es significativa en un punto dado se lo considera como un cambio abrupto de la recta de regresión (Mudelsee, 2009). El modelo de regresión de ruptura, se escribe para un tiempo continuo como:

(3)

Donde:

Xbreak (T) poblacional es el punto de ruptura poblacional

de la tendencia Xtrend (T).

Como se ve (3) tiene cuatro parámetros libres: x1, t2, x2 y x3. Donde xi son realizaciones de las serie en los tiempos ti, con i=1, 2, 3.

Una formulación alternativa incluiría los siguientes parámetros:

t2, x2, β1 = (x2 - x1) / (t2 - t1) y β2 = (x3 - x2) / (t3 - t2).

Con βi la pendiente de la recta i.

La ruptura (break) describe un cambio en la tendencia lineal en un punto (t2, x2), a partir de las pendientes β1 a β2 correspondientes a las rectas anteriores y posteriores al quiebre. Asumiendo que la desviación estándar S (i) mide la variabilidad, el modelo de quiebre se ajusta mediante la minimización de la siguiente suma de mínimos cuadrados ponderada:

(4)

Donde:

xbreak (i) es la versión muestral en tiempo discreto de Xbreak (T) poblacional, Ec. (5).

Debido a que se supone que la ruptura o quiebre es una descripción adecuada sobre toda la longitud de registros en el intervalo limitado por t1 y t3, solo un punto de tiempo, a saber: t2 = t (i2), con i2 un número entero entre 1 y n es considerado como candidato para el corte (t2).

Resultados y discusión

Dado que los autores no encontraron una asociación significativa entre los factores en estudio cuando investigaron la variabilidad temporal en todo el período 1909-2012 (Poblete et al., 2013) se decide hacer un análisis segmentado en el mismo en función de los ritmos de crecimiento de la TG. El mismo se realiza aplicando las metodologías descriptas en datos y métodos.

La figura 2 muestra que la TG no acompaña en las bajas frecuencias al resto de los factores analizados hasta 1976. Sin embargo, a partir de ese año se verifica una asociación con tendencia al aumento bien definida en concordancia con el ASPSO y el LSAP e inversa con el río San Juan. Teniendo en cuenta lo anterior y con el objeto de conocer en detalle la repercusión de la activación de la celda de Hadley, hipotéticamente producida por el CG, sobre los factores analizados, se decide identificar mediante la metodología BR los cambios en la tendencia del crecimiento de la temperatura global, ya que como se vio en la figura 2, se encontró compatibilidad entre las variables en estudio y la TG solo a partir de 1977.


Figura 2. Variabilidad de la ondas de baja frecuencia de los factores analizados: Temperatura Global (punto y raya), Intensidad del Anticiclón Pacífico (puntos), Corrimiento del Anticiclón del Pacífico (raya), río San Juan (línea continua). Fuente: elaborado por Poblete, Minetti y Borbore.

En la figura 3 se observan los años encontrados con la BR, en los que se produjeron cambios significativos en la marcha interanual de la temperatura global: 1909-1944, 1945-1976, 1977-2012. Se constata que desde 1909 hasta 1944 tuvo un crecimiento moderado, entre 1945 y 1976 se estabilizó, mientras que a partir de 1977 registró una fuerte aceleración perdurable hasta la actualidad, de lo cual se infiere, de acuerdo con la hipótesis planteada, que la actividad de la celda de Hadley también se incrementaría desde ese año.


Figura 3. Puntos de ruptura detectados con el procedimiento Break-Regression en la marcha interanual de la temperatura global. Fuente: elaborado por Poblete, Minetti y Borbore.

En la tabla I y figura 4 se observan los valores de la correlación medida con el índice de Pearson entre la temperatura global y los principales factores que inciden negativamente en la caída de nieve en los Andes Áridos calculados en los respectivos intervalos detectados como disímiles en el ritmo de crecimiento del CG. Se verifica que el primer período tiene una correlación significativa con el derrame anual del río San Juan, puesto que este presenta una tendencia en aumento al igual que la TG. Resultado coherente con el período más húmedo que registró el mismo (Poblete, 2013).


Tabla I. Correlación entre la temperatura global y los factores analizados en los tres períodos detectados, DJUA (derrame anual del río San Juan), ASPSO (presión atmosférica en Santiago de Chile), LSAP (corrimiento latitudinal del anticiclón del Pacífico Sur en el periodo abril-septiembre). Negrita cursiva = significativo al 5 %. Fuente: elaborado por Poblete, Minetti y Borbore.


Figura 4. Representación gráfica de la tabla I, período 1909-1944 (gris), 1945-1976 (rayas inclinadas izquierda), 1977-2012 (rayas inclinadas derecha). Fuente: elaborado por Poblete, Minetti y Borbore.

En el segundo segmento no se verificó ninguna correlación significativa, de lo cual se inferiría que al estacionarse la temperatura global no produjo ninguna consecuencia sobre la celda de Hadley y por ende tampoco sobre los factores que estarían asociados a ella. Sin embargo, desde 1977 al acelerarse la TG, las correlaciones se hacen directa y significativas especialmente con el ASPSO (r=0,66), lo cual implica que un aumento en el calentamiento potencia fuertemente el anticiclón del Pacífico Sur y además con el LSAP (r=0,54); asociación que indicaría que la TG promueve el desplazamiento latitudinal de este con las mismas consecuencias hidroclimáticas negativas para la caída de nieve del anterior; correlaciones que son coincidentes con las investigaciones de Wenju Cai et al. (2012) quien afirma que la reducción de las lluvias en el hemisferio sur coincide con una expansión hacia los polos de la zona tropical y subtropical seca de alrededor de 2° a 3° de latitud sur en un mismo período.

Para verificar el alcance espacial de lo descripto haciendo uso del Reanalysis, se decide examinar la anomalía de la presión atmosférica a nivel del mar desde 1948 (dado que esta metodología se implementa desde ese año) hasta 1976 y desde 1977 hasta 2012. Quedando excluido del análisis el primer periodo.

En la figura 5 se observa que las diferencias de la presión atmosférica a nivel del mar entre los años 1948 y 1976 son negativas lo que significa que tuvo un decrecimiento en las latitudes donde se localiza el ASPSO y por ende se infiere su posible debilitamiento, lo que implicaría que al no registrarse en ese período un aumento significativo de la temperatura global (Fig. 3) su influencia sobre la celda sería insignificante. La figura 6 muestra el comportamiento de la presión entre los años 1977 y 2012. Se aprecia que sus diferencias son positivas en la franja latitudinal de 25° S a 45° S corroborando que el incremento de la presión atmosférica sería producto de una activación de la celda de Hadley generada por la aceleración del crecimiento de la TG mostrado en la figura 3.


Figura 5. Diferencias de presión atmosférica a nivel del mar entre los años 1976 y 1948. Fuente: Reanalysis del NCEP/NCAR, NOAA, EEUU.


Figura 6. Diferencias de presión atmosférica a nivel del mar entre los años 1977 y 2012. Fuente: Reanalysis del NCEP/NCAR, NOAA, EEUU.

Conclusiones

Mediante el BR se determinó que el CG tiene un ritmo de crecimiento disímil en los siguientes intervalos: 1909-1944 (con un crecimiento moderado), 1945-1976 (donde se estabiliza) y 1977-2012 (cuando registra una fuerte aceleración). Correlacionando en dichos segmentos la TG con los factores analizados, se verifica que en el primer período existe una asociación con el derrame anual del río San Juan que en ese ciclo tuvo la mayoría de sus derrames máximos. En el segundo no se encontraron asociaciones significativas, de lo que se deduciría que al estacionarse la temperatura global no produjo ninguna consecuencia sobre la celda de Hadley y por ende, tampoco en los factores que estarían asociados a ella. Desde 1977, al acelerarse la TG, las correlaciones son directas y muy significativas con el anticiclón del Pacífico Sur y su desplazamiento hacia los polos (factores inhibidores de la precipitación). Ambas conexiones implicarían que a un aumento del calentamiento los potenciaría, de lo que se podría inferir que el CG incide negativamente en la caída de nieve en los Andes Áridos, activando la celda de Hadley que repercute en ambos.

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Fecha de recepción: 24 de noviembre de 2014
Fecha de aceptación: 21 de abril de 2015