Investigación del Clima del Verano en Norteamérica - University of ...

Los Mochis, Sinaloa, México. Verano de 2004 durante NAME.Foto por Peter RogersInvestigación n del Clima delVerano en Norteamérica:rica:Estudio con un ModeloAtmosférico RegionalChristopher L. CastroDepartamento de Ciencias AtmosféricasUniversity of ArizonaTucson, , ArizonaSeminarioUniversidad de SonoraHermosillo, Sonora, MéxicoM9 de noviembre de 2007

Tópicos de la presentaciónInformación sobre mí y nuestro departamento en la Universidad deArizonaMotivación para la investigación del clima de verano en Norteamérica,específicamente el monzónComo se puede usar un modelo atmosférico regional parainvestigarloResultados de un estudio de cincuenta años:La climatología del modeloLa variabilidad interanual (y posiblemente el cambio climático)Conclusiones

¿Quién soy yo?Estudié en la Universidad Estatal de Colorado (Colorado State) en eldepartamento de Ciencia Atmosférica y en la Universidad Estatal dePennsylvania (Penn State) en el departamento de Meteorología. Me graduédel programa del doctorado de Colorado State en el 2005.Viví en Davis, California, antes de asistir a la universidad y aprendí españolen el colegio (a pesar del apellido)Llegué a ser miembro de la facultad en la Universidad en de Arizona en eldepartamento de las Ciencias Atmosféricas en el 2006.Mis áreas de investigación incluyen: la variabilidad y el cambio del clima, lainteracción entre la tierra y la atmósfera, los modelos atmosféricosregionales, y el monzón norteamericano.

Información de laUniversidad de Arizona ynuestro departamentoSomos una de las dos universidades estatales en Arizona, con más detreinta mil estudiantes. El departamento de Ciencias Atmosféricas seestableció hace más de cincuenta años. Actualmente tenemos nueveprofesores académicos y veinte estudiantes.Uno de los objetivos estratégicos de la universidad es consolidar nuestrasrelaciones con México en las áreas de investigación y educación. Esnecesario para el beneficio de nuestros dos países.Por ejemplo, tenemos programas con CONACYT para apoyar la educaciónde estudiantes mexicanos en las ciencias. Uno de mis objetivos comomiembro de la facultad es conseguir estudiantes de origen hispano paratrabajar en proyectos que se relacionen con nuestra región.

Mi opinión sobre el estudio la cienciaatmosférica y porque lo hago…Creo que la ciencia atmosférica (y lasciencias relacionadas) van a ser muyimportantes en el futuro debido alcrecimiento de la población y el cambioclimático.¡Las proyecciones de las Naciones Unidas(IPCC) sugieren que nuestra parte delcontinente será el más afectado!

¿Tienen razón lasproyecciones catastróficas?El título se traduce: Las proyecciones demodelo de una transición inminente a climamás árido en el Suroeste de Norteamérica

¿Cuál es la motivación para estudiar elclima de verano en nuestra parte delmundo, específicamente el monzón?El monzón es importante para Arizona ylos otros estados del suroeste de losEE.UU., pero es más importante paraSonora y los estados adyacentes enMéxico.¿Por qué?

La importancia del monzón:Disponibilidad del aguaArizona: depende del deshielo de la nieve de las montañas para lamayoría de los recursos hídricos. La mayoría de esta agua viene delRío Colorado por el acueducto llamado “Proyecto Central de Arizona”Nieve en las montañasde la cuenca del RíoColorado durante elinviernoFlujo de agua en elRío ColoradoProyecto Central de Arizona(Central Arizona Project)

La importancia del monzón:Disponibilidad del aguaSonora: depende de las lluvias del verano para sus recursos hídricosy el flujo máximo de agua en los ríos ocurre al mismo tiempo. Másdel sesenta por ciento del agua en la región viene durante el verano.Tormentas durante el monzónEl flujo de agua en los ríos

La importancia del monzón:La distribución de la poblacióny el modo de vivirArizona: El ochenta porciento de los cinco millonesde habitantes viven en dosciudades (Tucson y Phoenix)y ellos no dependen de latierra directamente parasobrevivir.Sonora: Una parte importantede la economía depende delas actividades agrícolas yestas a su vez dependen delas lluvias durante el monzón.

Hay que considerar las condicionessocioeconómicas en Sonora tambiénRecursos: ¿Hay suficientesrecursos para enfrentar losextremos climáticos como lasequía en los sectoresdiferentes de la economía local?Por ejemplo, para la agriculturao agua potable.Falta de información: Engeneral, la población no estáfamiliarizada con los productosmeteorológicos y climáticospúblicos y que se encuentranen el internet. Y por lo tanto nopuede interpretarlos.¿Podrían interpretar ese mapa unagricultor o administrador de aguaspara sus propias necesidades?¿Y qué hace con la información?

¿Cómo se puede investigar el monzónde Norteamérica?Hay tres modos de investigación:• Los datos de observaciones• Los datos de modelos atmosféricosglobales y reanálisis globales• Los modelos regionales¿Cuáles son las ventajas y desventajasde cada uno?

Las observacionesNecesitamos observacionespara establecer la verdad, porsupuesto.Tenemos observacionesdetalladas de la tierra y laatmósfera durante algunosaños, como el verano deNAME en el 2004.Los productos de lasobservaciones tienen errores ylagunas, y es un granproblema en México. Porejemplo, nos faltanobservaciones pluviométricasen la Sierra Madre Occidental.¿Podemoscreer quelas tendenciassignificativascambien tanabruptamenteen la fronteracon México?Las diferencias en la precipitaciónasociadas con los monzones secos yhúmedos en Tucson. Los datos sonde observaciones pluviométricasdurante cincuenta años.

Los modelos y reanálisis globalesSe dispone de modelos atmosféricosglobales y de reanálisis globales paraun periodo de más de cincuenta años.Estos incluyen variabilidad climáticade gran escala.Los datos incluyen los modelos deIPCC (y las proyecciones quemencioné antes).¡El monzón NO EXISTE enla mayoríade los modelos de IPCC!Sin embargo, debido a la bajaresolución y las parameterizacionesno pueden representar detallesimportantes como el ciclo diurno de laconvección, los vientos de nivelesbajos que transportan humedad haciael interior del continente, y el máximoestacional de lluvia del monzónnorteamericano.La precipitación de losmodelos de IPCC en elsuroeste de los EE.UU. duranteel periodo de 1970 a 2000.

Los modelos y reanálisis regionalesSe pueden representar los detallesimportantes del monzón (a mesoescala)que no existen en los modelos globalesde baja resolución.¿Tal vez se puede representar el climamejor?Todavía utilizan un modelo o reanálisisglobal como condición limite lateral y nose pueden corregir los errores de granescala.Estos modelos también tienen suspropias parameterizaciones y no sonperfectas.Necesitamos observaciones de buenacalidad para validarlos y algunas vecesno existen, especialmente en México.La malla que usé para lassimulaciones con el modeloatmosférico regional RAMS.

Componentes del modelo atmosférico regionalProcesos denubes yprecipitaciónDifusiónturbulentaProcesossuperficialesRadiaciónCentro dinámicoEcuacionesdinámicas defluidosProcesosen la capalímiteplanetariaCondicionesde loslímites laterales

Estudio del clima del veranousado el modelo “RAMS”(En inglés RAMS = Regional Atmospheric Modeling System)Espaciamiento de la malla es 35 kmSimulaciones comienzan el15 de mayo y terminan el 31 deagosto de cada año.Se usa el reanálisis global de NCEP-NCAR como condición limite lateral.Los años simulados incluyen del1950 al 2002, así podemos investigarlos efectos de la variabilidadinteranual en una escala regional.Se describen más detalles en dosartículos en el Journal of Climate quese publicaron en Agosto de este año.

Resultados de las simulacionesHicimos dos preguntas:1. ¿Es razonable la climatología delmodelo?2. ¿Cuáles son los efectos de lavariabilidad interanual y(posiblemente) el cambio climático?

Precipitación simulada del modeloVeamos:1. El promedio del verano2. La diferencia entre el pico delmonzón (el 15 de julio al 15 agosto)y el periodo antes del monzón (el 15mayo al 15 junio)

Precipitación simulada del modeloy las observacionesEl desarrollo del monzónModelo en julio y agosto cambia laregional distribución continentalde la precipitación,con un aumento dramáticoen la región centraldel monzón.Estas tendencias no seObservaciones representan bienen los modelos globalesUnidades(mm)

¿Por qué podemos representar elmonzón “bastante bien” con un modeloregional y no con un modelo global?Es debido a la representación de losfactores locales que les mencionéantes como:• Ciclo diurno de la convección• Vientos a los niveles bajos• Procesos superficiales

Energía espectral de la convergencia delflujo de humedad (CFH) en la banda diurnaModeloregional(1950 a 2002)ReanálisisRegional deNorteamérica(1979 a 2002)Unidades:mm 2 día -2

Energía espectral de la CFH en la bandasinóptica (4 a 15 días)Unidades:mm 2 día -2Esta banda corresponde a las oleadas de humedad desde elGolfo de California y el paso asociado de perturbaciones delos niveles-altos del este. Permiten que la convección en laregión central del monzón se organice en complejosconvectivos de mesoescala que se propagan desde lasmontañas hacia el oeste. Es importante para la lluvia enSonora y también en Arizona.

Modos de la TSM yTeleconexiones en el veranoLas teleconexiones asociadas con los modos de la TSM global quevarían interanualmente aceleran o retrasan el inicio del monzón. Estasteleconexiones evolucionan en el tiempo y están presentes en junio yjulio, pero no en agosto.Patronesdominantesde la TSM enel veranoAnomalías dela circulaciónatmosféricaasociadas conlos patronesde la TSM

El cambio de precipitación al inicio del monzónsimulado por el modelo asociado con lavariabilidad en la TSM en el PacíficoLas teleconexiones del Pacifico enel verano explican la mayoría de lavariabilidad en la precipitación alinicio del monzón, pero no al fin.La Niña y Oscilación PacificaDécadal negativa:Monzón fuerte y temprano.Condiciones secas en elcentro de los EE.UU..Los colores indican la significativaestadística local al nivel 90%. El “f”es la significativa estadística delmapa.El Niño, Oscilación PacificaDécadal positiva:Monzón débil y retrasadoCondiciones húmedas en elcentro de los EE.UU..

¡Y necesitamos el modeloregional para representarlo!El cambio en el ciclo diurno de laconvergencia del flujo de humedad asociadocon las teleconexiones del Pacifico.¡Fíjense en los cambiosdramáticos en el ciclodiurno de la convecciónentre la región centraldel monzón y el centrode los EE.UU.!Las tendencias en elciclo diurno cambiantan abruptamente en ladivisora continental.

Hay una cosa (tal vez muy importante)que aún no he discutido....Recuerden el modo 2 de la TSM.Este modo no está centrado en elPacifico y refleja un aumento global en laTSM en los trópicos desde el año 1980.

El modo delaumentoglobal de laTSM en lostrópicos¿Qué cambió cercadel año a o 1980?Serie deltiempo(Componenteprincipal)

Los experimentos de atribucióndel cambio climático (de IPCC)EL MENSAJE:Según el IPCC, la señal delcambio climáticodebido a los seres humanosexiste en el clima globaldespués del año 1980y no antes.(Meehl et al., National Center for Atmospheric Research)

Las tendencias de precipitación observada enlos EE.UU.. durante el verano (1950 a 2005)El porcentaje de cambio por cada década.(NCDC)La precipitaciónaumentó a travésde la mayoría delos EE.UU. durantelos últimoscincuenta años.Está asociada conun aumento de lahumedad de laatmósfera.

Cambio en la precipitación simulada porel modelo regional desde 1980(promedio del verano)La precipitación enel este de México ylos EE.UU. aumenta,pero en el oestedisminuye.TSM máscalienteEl transportede humedaddisminuye del Pacificoal oeste de MéxicoMUnidades: mmLa precipitación enel oeste de Méxicodiminuye debido alcambio local de lagradiente en la TSMen el Pacifico.

Aumentó la precipitación de los eventos grandes enlos EE.UU. durante los últimos veinte años(Observaciones pluviométricas)(NOAA NCDC)

El cambio de CFH debido a los eventossinópticos asociado con el aumentode la TSM en los trópicosLas simulaciones sugierenque la precipitación delmonzón que viene de laconvección más organizadaestá creciendo.¿Qué significa para Sonora yArizona?Tal vez no ha cambiado lacantidad de lluvia del monzón,pero es más intensa que hacecincuenta años.

Por supuesto necesitamos observacionespara confirmar si estas tendencias existenen realidad en México.Por ejemplo, los datos que me dio ChrisWatts sugieren que la precipitación noha cambiado en Sonora desde 1980.

¿Hay más eventos intensos de lluviatambién en el noroeste de México?Una investigación de Dra. Tereza Cavazos de CICESE:(… presentada en un taller de hidrometeología en Tucson hacedos meses)Analizó 39 estaciones en la región central del monzón.Concluyó que mostró una tendencia positiva y significativa enla intensidad durante el periodo 1950 a 2003, especialmente enlos eventos asociados con sistemas tropicales y en zonasmontañosas.El artículo está en revisión. Lo siento que me falten lasfiguras.

Aquí están otros datos del flujo deagua en oeste de MéxicoEstos son de un artículo escrito porDavid Gochis en el InternationalJournal of Climatology.

Las regiones que usaron Gochis et al. (2007)para clasificar el flujo del agua delos ríos del oeste de MéxicoSONORACHIHUAHUASINALOA SINALOAEstamosinteresados en loque está pasadoaquí en el sur deSinaloa...

Tendencias en el flujo de aguaen los ríos del sur de Sinaloa(las líneas rojas)VeranoInviernoLos datos de observaciónindican que el flujo de aguaen los ríos del sur deSinaloa disminuyó durantelos últimos cincuenta años.El porcentaje de ladisminución en el flujo deagua es aproximadamente30%

El cambio correspondiente de la precipitacióndel modelo regional durante el mes de julioasociado con el modo 2 de la TSM globalSONORACHIHUAHUALas observaciones del flujo deagua en los ríos en el sur deSinaloa generalmente están deacuerdo con los resultados delmodelo regional.SINALOA SINALOAEl porcentaje de la disminuciónde la precipitación también escerca de 30%.Unidades: mm

Las anomalías de la TSM asociadas con lastendencias en el flujo de agua en los ríos en elsur de Sinaloa durante el verano¡Es el mismo mensaje de las observaciones! Las aguasmás calientes están asociadas con menos precipitación enel oeste de México.

Mi opinión científica de la evidencia de losmodelos y las observaciones:El aumento global de la TSM en lostrópicos y los cambios asociados con elclima del verano de Norteamérica sonexpresiones del cambio climático debido alas actividades humanas.¡Y se necesita más investigación!

ConclusionesEl monzón es muy importante para nuestra región. Necesitamoscomprender mejor como funciona y como cambiará en el futuro.Podemos utilizar los modelos regionales para estudiar los procesos delmonzón que ocurren a mesoescala, por ejemplo el ciclo diurno de laconvección. Necesitamos representar estos procesos fundamentales“bastante bien” en un modelo antes de hacer cualquier conclusión sobre lavariabilidad interanual o el cambio climático. Creo que las personas queestán escribiendo artículos científicos con las “proyecciones catastróficas”no se han dado cuenta de eso.Los resultados de mis investigaciones sugieren que hay consideracionesdiferentes a través de la región central del monzón donde vivimos.Suroeste de los EE.UU. y Sonora: Hay que considerar la variabilidadinteranual que está asociada con los modos de la TSM en Pacifico y elaumento de lluvia intensa.Sinaloa (al oeste de la Sierra Madre): Hay que considerar la disminución delluvia y el flujo de agua en los ríos debido al aumento de la TSM en lostrópicos.

Mi comentario final...Como les dije antes, vengo a México porquecreo que la investigación sobre el clima esimportante para nuestros dos países. Peronecesitamos, de los dos lados de la frontera,investigadores y estudiantes listos y quetengan motivación...Y espero haber hablado español bastante biencon mi acento que es un poco norteamericanoy poco puertorriqueño .¡Muchas gracias por su atención!