SISTEMAS PLUVIOGENÉTICOS EN COLOMBIA: INFLUENCIA DE FRENTES FRíos DEL HEMISFERIO NORTE

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1 Meteorología Colombiana W9 pp Marzo 2005 Bogotá D.C. 155N SISTEMAS PLUVIOGENÉTICOS EN COLOMBIA: INFLUENCIA DE FRENTES FRíos DEL HEMISFERIO NORTE PLUVIOGENETIC SYSTEMS IN COLOMBIA: INFLUENCE OF NORTHERN HEMISPHERE COLO FRONTS GERARDO DE JESÚS MONTOYA GAVIRIA Profesor del Grupo de Meteorología, del Departamento de Geocíencías, Facultad de Cíencías - Universidad Nacional de Colombia. gdmontoyag@unal.edu.co REINER PALOMINO LEMUS Joven investigador, Universidad Tecnológica del Chocó. cmaxtor@yahoo.com Montoya, G. & Palomino, R. 2005: Sistemas pluviogenétcos en Colombia: Influencia de frentes fríos del Hemisferio Norte. Meteorol. Colomb. 9: ISSN Bogotá, D.C. - Colombia. RESUMEN En el presente estudio se analizan dos casos de influencia de frentes fríos del hemisferio norte sobre el norte de Suramérica. Ambos casos, ocurridos en los primeros meses del año 1993, fueron tomados del Reanálisis. Este análisis mostró que la influencia de los frentes fríos y de la depresión que los origina, se manifiesta a través de un sistema sinóptico de punto neutro, o de deformación del flujo en superficie y una vaguada en altura. La deformación del flujo en superficie presenta dos regiones bien definidas de convergencia y abundante nubosidad. Una de ellas, la que se ubica en el extremo sur occidental del caribe, afecta al territorio colombiano con fuertes precipitaciones. Esta región de convergencia es formada por una circulación anticiclónica de tipo inercial que se forma en Centroamérica luego del paso de la depresión y el giro de tipo ciclónico de los vientos alisios del este que se aproximan rodeando al extremo norte de Suramérica. El análisis presentado es un ejemplo de interacción entre depresiones extratropicales y sistemas de precipitación tropicales y puede ser de utilidad en la predicción del estado del tiempo a corto plazo. Palabras Clave: sistemas de precipitación, frentes fríos, norte de sur América ABSTRACT In the present study two cases of cold fronts influencing the north of South America were analyzed. Both cases, taken from the reanalysis data, occurred at the beginning of the 1993 year. This analysis shows that the influence of the cold front and the associated depression over the north of South America is related to a cold area or deformation field, formed in the adjacent and central Caribbean at low levels, as well as to a trough at higher levels. The flow deformation at the surface shows two well-defined regions with wind convergence and abundant precipitation. One of tt1em, located in the south western Caribbean, directly affects the Colombian territory with heavy precipitation. This convergence zone is formed by an inertial-type anticyclonic circulation which in turn forms in Central America after the depression has moved forward together with the cyclonic turning of the approaching trade wind that encircles the northern extreme of South America. This analysis is an example of the interaction between extratropical depressions and tropical rain systems and may be helpful for short range weather prediction purposes. Keywords: precipitation systems, cold front, northern South America

2 I[IDI METEORO LOGIA COLOMBIANA N 9 MARZO INTRODUCCiÓN Los frentes fríos, definidos como el avance de una masa de aire frío, por lo general de origen polar sobre una masa de aire más cálida de origen tropical, aparecen bien tipificados en latitudes medias y altas donde los gradientes horizontales de temperatura son bastante significativos, En latitudes bajas donde el campo de la temperatura (a nivel del mar) es más o menos homogéneo, la influencia de estos frentes y de las depresiones que los originan, se manifiestan a través de vaguadas y zonas de convergencia que se desplazan sobre el caribe sur occidental provocando abundantes precipitaciones, mar de leva y otros efectos en las costas colombianas y venezolanas. Estas vaguadas y zonas de convergencia en algunos casos se presentan simultáneamente con surgimientos fríos en Centro América y en otras ocasiones se originan sin el acompañamiento de este fenómeno y asociadas directamente con el posicionamiento en el Atlántico de la depresión que se desplaza desde la costa este de los EE UU. En Centro América, Los surgimientos fríos (SF) llamados "Nortes" en el Salvador (Huschke. 1959), "Chocolatero" ó "Tejuano" en Méjico, (Hurd. 1929, Trasviña y otros 1995) y "Papagayo" en Nicaragua, han sido descritos con algún grado de detalle. Sin embargo para la región norte de Sur América, la estructura de estas vaguadas y zonas de convergencia, generadoras de precipitación, razón por la que se denominan sistemas de precipitación ó sistemas pluviogenéticos, no ha sido suficientemente analizada en la literatura existente. El estudio de estas vaguadas y zonas de convergencia, que en algunos casos se presentan en complejas interacciones con otros sistemas tales como la Zona de Convergencia Intertropical ZCIT y las ondas del este, es importante porque por un lado, ellas contribuyen con significativos aportes de precipitación en el norte de Sur América durante estación seca a comienzos de año. Por otro lado, si las precipitaciones son muy intensas entonces se presentan inundaciones y otros desastres naturales como el ocurrido el 15 de diciembre de 1999 en el estado de Vargas (Venezuela). Con el objeto de adquirir un conocimiento más cercano sobre la estructura de estos sistemas y su influencia sobre el norte de Sur América y orientado a mejorar el pronóstico de la precipitación a corto plazo, en este trabajo se analizan dos casos de influencia de frentes fríos sobre la región norte de Sur América. El primer caso de estudio corresponde a la situación cuando el efecto de frente frío y de la perturbación que lo origina, viene asociado con surgimiento frio en Centro América y el otro, cuando la vaguada y la formación de zonas de convergencia no aparecen acompañadas de este fenómeno y se asocian directamente con el posicionamiento del frente fria en el Atlántico. El presente estudio se organiza de la siguiente manera: seguidamente se presentan algunas características de los surgimientos fríos en Centro América, luego se analizan los dos casos de estudio y finalmente se hacen las conclusiones. ALGUNAS CARACTERíSTICAS DEL SURGIMIENTO FRío EN CENTROAMÉRICA Los surgimientos fríos en Centro América son originados por vientos provenientes del norte de los EE UU y Canadá y ca racterísticos de la retaguardia de las depresiones en el lade este de las Montañas Rocosas. Estos vientos, reforzados por el efecto de encanalamiento inducido por esta cadena de montañas y la Sierra Madre en Méjico, a menudo sobrepasar los 20 mis y provocan descensos en temperatura hasta de 15 C en 24h Centro América, (Schultz et al, 1997). De acuerdo con estas características, para la detención de SF en Centro América puede ser utilizado el seguimiento de los campos de temperatura y viento en los niveles bajos. El aire frío arrastrado por estos vientos, al entrar en contacte con el aire húmedo y caliente del Golfo de Méjico se desesta biliza, provocando formación de nubes y fuertes precipitacio nes en Centro América. De acuerdo a Bluestein (1977) esta~ nubes se agrupan sobre el eje de dilatación del flujo de escalé sinóptica y donde la deformación es máxima. Sin embargo poco se conoce sobre la influencia de estos sistemas de preci pitación en el Norte de Sur América y región sub ecuatorial. A este respecto Riehl (1954) anota que los SF tienden a inten sificar los alisios del este, lo que resulta en mayor activida( convectiva de la ZCIT, Lessman (1964). Goldbrunner, (1963 y Snow (1976) anotan sobre las incursiones de vientos de norte en Venezuela en la segunda semana de marzo y la! lluvias asociadas, a las que localmente se les conoce con e nombre de "invierno de las chicharras". CASO DE ESTUDIO N 1: LA TORMENTA DE MARZO 13 DE 1993 El primer caso de estudio corresponde a la depresión que s' formó en la costa este de los Estados Unidos en Marzo 13 d 1993, que por su inusual intensidad fue llamada la 'Torment del siglo", Kocin et al., (1995). El surgimiento frío asociado con esta depresión, es detectado ( lado este de las montañas rocosas el día 12 pero en el Golfo d Méjico, vientos significativos del norte comienzan a notarse E día 13 a las OOOOUTC (Figura 1a). 48 horas más tarde, o sea E día 15 a las OOZ, el surgimiento frío a alcanzado a Costa Rica Panamá (Figura 1 b). En esta última figura se observa una zon con convergencia de vientos acompañada de abundante nube sidad (a juzgar por la radiación de onda larga saliente en el top de la atmósfera) y orientada en dirección suroeste - noreste Esta zona se extiende desde el Pacífico occidental ecuatoria pasando por Costa Rica y Panamá y extendiéndose hasta cor fundirse con el frente frío en el Atlántico en una posición a une 40 0 N y 50 0 W Más adelante se retomará la discusión acerca d las particularidades de esta zona de convergencia.

3 MONTOYA & PALOMINO: SISTEMAS PL Figura 1, Radiación de onda larga en el tope de la atmósfera (fondo sombreado) y vectores del viento a 10m, de acuerdo al reanálisis de las OOZ de: (a) y (b) , Las letras A y B en la Figura 1b, indican centros de circulación anticiclónica y ciclónica respectivamente, Sobre la incursión de aire frío en Centro América y su aso puede observar como la isoterma de 285 K, que el día 12 ciación con esta zona de convergencia se puede juzgar de marzo se encontraba sobre el estado de la Florida, el día también por el desplazamiento de las isotermas en 850 hpa 15 descendió hasta Honduras y Nicaragua, lo que es una y mostradas en las figuras 2a y 2b, En estas figuras, se prueba evidente de surgimiento frío en Centroamérica. ( b Figura 2, Isotermas y vectores del viento en la superficie de 850 hpa a las OOz para: (a) el día y (b) , El número resaltado 285 corresponde a la isoterma de 285 K en ambas figuras. Los valores ubicados en la región costera colombiana corresponden a la precipitación diaria(mm) observada el día 14. La circulación del viento asociada con la perturbación del Surgimiento Frío, también se puede apreciar con bastante claridad en la superficie de 850 hpa, (Figura 3a). En esta figura han sido pioteados los campos de isohipsas, isotacas y vector viento. En las Figuras. 4 a y b, se muestra para la superficie de 200hPa, el geopotencial, las isotacas, los cuales sirven para ubicar la corriente en chorro, y los vectores del viento. En estas figuras se puede observar que el eje de la vaguada situado el día 13 sobre el Golfo de Méjico a la altura de la Bahía de Campeche se ha desplazado hacia la derecha, y el día 15 apunta sobre la Península de Yucatán siguiendo a la zona de convergencia de vientos notada en superficie (comparar con la Figura 1b).

4 1f1I::J1 METEOROLOGíA COLOMBIANA W 9 - MARZ01@ Figura 3. Campos de geopotencial, isotacas y vector viento en 850 hpa a las OOz de: (a) y (b) Las letras A y B en la Figura 3b, indican centros de circulación anticiclónica y ciclónica respectivamente. Figura 4. Campos de geopotencial, isotacas y vector viento en 200 hpa a las OOz de: (a) y (b) ANÁLISIS DE LA SITUACiÓN SINÓPTICA PARA EL ESTUDIO DE CASO N 1 Retomando la discusión sobre la zona con convergencia de vientos y alta nubosidad observada en la Fig.1b, se puede apreciar que en esta zona hay dos regiones bien definidas con abundante nubosidad y convergencia de vientos: Una de ellas es la región formada por el encuentro de la depresión con la alta de los Azores (B 1 ya1 respectivamente en las Figuras 1 b Y 3b). La segunda es una zona formada en el Pacífico oriental y extremo sur occidental del Mar Caribe en inmediaciones de Panamá y Costa Rica. Esta región es formada por la convergencia de vientos asociada con una circulación anticiclónica A2 de tipo inercial, Schultz et al., (1997), y una tendencia a girar en forma ciclónica de los vientos Alisios que llegan bordeando el norte de Suramérica y denotada como B2, en estas mismas figuras. La circulación anticiclónica A2, es la que se forma tras el paso de la depresión. Esta circulación es de tipo inercial debido al debilitamiento del gradiente de presión en estas latitudes y reforzada en Centroamérica por el efecto de Coriolis sobre los vientos meridionales. Para explicar la tendencia a girar ciclónicamente de los alisios del este que llegan rodeando el extremo norte de Suramérica, no existe una respuesta contundente pero se puede suponer que está asociada con la misma circulación anticiclónica en Centroamérica y región adyacente.

5 Estas cuatro circulaciones del viento A1, A2, B1, Y B2 forman un sistema sinóptico llamado de punto neutro ó de deformación del flujo (ver por ejemplo, Bluestein, 1992 página 99), con el eje de dilatación orientado en la dirección suroeste - noreste y el eje de contracción en dirección perpendicular al primero. Este sistema sinóptico de punto neutro se puede apreciar con mayor claridad aún, en la superficie de 850 hpa (ver Fig. 3b). La posición del eje de la vaguada y de la corriente en Chorro detectada en 200hPa. Parece jugar un papel importante en la formación de la zona de convergencia y la consecuente precipitación. CASO DE ESTUDIO N 2: ZONAS DE CONVERGENCIA ASOCIADAS CON PERTURBACIONES SUBTROPICALES EN EL FLUJO DEL OESTE El siguiente caso corresponde a una perturbación que se propagó en el flujo del oeste a partir de la costa este de los EEUU sin causar surgimiento frío en Centro América. El día 26 de enero de 1993, a las 12z, esta depresión se encontraba localizada en 25 N y 50 o W, Fig. 5a. En este momento, vientos del norte bañaban al Golfo de Méjico. Figura 5. Radiación de onda larga en el tope de la atmósfera (fondo sombreado) y vectores del viento a (a) a las 12Z y (b) a las OOz. Las letras A y B en la Figura 5b, apuntan a centros de circulación anticiclónica y ciclónica respectivamente. Figura 6. Campos de geopotencial, isotacas y vector viento en 850 hpa de acuerdo al reanálisis de: (a) a las 12z y (b) , a las OOZ. Las letras A y B en la Figura 6b, indican centros de circulación anticiclónica y ciclónica respectivamente. 60 horas más tarde, los viento del norte han descendido has rior esta zona (ver Figura 5b) se extiende desde el Pacífico ta Panamá y Costa Rica y además se observa una zona de oriental hasta inmediaciones del frente frío que acompaña a convergencia de vientos y abundante nubosidad similar a la la depresión en el Atlántico, provocando abundantes lluvias analizada en caso de estudio N 1. Como en el caso ante- sobre el Caribe y Norte de Sur América.

6 I~I METEOROLOGIA COLOMBIANA N 9 - MARZO 20051í En la Figura 6 se muestran los campos de geopotencial, isotacas y vectores del viento en la superficie de 850 hpa, para el caso de estudio No 2. En estas figuras se puede observar un ligero incremento de los vientos alisios sobre Costa Rica, Panamá (Atlántico sur occidental y Pacífico oriental ecuatorial) después de 60 horas y de manera similar al caso de estudio N 1. En la Figura 7 se muestra para la superficie de 200 hpa, el geopotencial, las isotacas y el vector viento para el caso de estudio N 2. De manera similar al caso de estudio N 1 se puede notar que el eje de la vaguada situado el día 26 sobre el Golfo de Méjico se ha desplazado hacia la derecha siguiendo a la zona de convergencia notada en superficie (comparar con la Figura 5b). Figura 7. Campo de geopotencial e isotacas en 200 hpa de acuerdo al reanálisis de: (a) a las 12z y (b) , a las OOZ. ANÁLISIS DE LA SITUACiÓN SINÓPTICA PARA EL ESTUDIO DE CASO N 2 El análisis de la situación sinóptica para el estudio de caso No 2 muestra una situación similar con lo observado en el caso de estudio No 1: En la Fig. 5b, Se observa un extenso sistema sinóptico de punto neutro con regiones de convergencia bien definidos, una en el atlántico central en inmediaciones del frente que acompaña a la depresión y otra en las inmediaciones de costa Rica y Panamá y que es la que afecta al territorio Colombiano. De acuerdo a la Fig. 7 Y de manera similar al caso de estudio N01, parece que la posición del eje de la vaguada y de la corriente en Chorro detectada en 200hPa, juegan un papel importante en la formación de la zona de convergencia y la consecuente precipitación sobre territorio colombiano. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se hizo un estudio de la influencia de frentes fríos del hemisferio norte sobre la región norte de Suramérica. Esta influencia se manifiesta en superficie con la formación de un sistema sinóptico de punto neutro o deformación del flujo con el eje de dilatación orientado de sur oeste para noreste. En altura, la influencia aparece como una vaguada con su eje apuntando sobre el eje de dilatación del flujo en superficie. La deformación del flujo en superficie presenta dos regiones de convergencia de vientos y abundante nubosidad bien definidas, lo que concuerda con lo afirmado en Bluestein (1977) y mencionado en la introducción de este trabajo. Una de estas regiones de convergencia la ubicada en inmediaciones de Costa Rica y Panamá, es la que afecta directamente a Colombia con fuertes precipitaciones. Algunas recomendaciones que se desprenden de este trabajo y que pueden ser de gran utilidad en el momento de elaborar pronósticos a corto plazo para la temporada de diciembre a abril son: Observar la formación de sistemas sinópticos de punto neutro en el Caribe. Observar la formación de zonas de convergencia asociadas con Circulación anticiclónica de tipo inercial en Centroamérica y giro ciclónico de los alisios del noreste. Observar la formación y desplazamiento de vaguadas en 200 hpa. Detectar la aparición de surgimientos fríos en Centroamérica. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue financiado en parte con recursos asignados por la División de Investigaciones - DIB, de la Universidad Nacional de Colombia para el proyecto ; "Los sistemas pluviogenéticos en Colombia: Simulación numérica y variación espacio temporal". El coautor de este trabajo fue

7 MONTOYA & PALOMINO: SISTEMAS PLUVIOGENETICOS EN COLOMBIA financiado por el programa de jóvenes investigadores de COLCIENCIAS propuesta P-114, el Grupo de Investigación en Energía Solar y Meteorología de la Universidad Tecnológica del Chocó (UTCH) y Vicerrectoría de Investigación de la UTCH. Los totales de precipitación diaria fueron amablemente suministrados por el IDEAM. REFERENCIAS Bluestein, H.B, Synoptic - Dynamic Meteorology in Midlatitudes, Vol. 1, New York Oxford, Oxford University press, 431 pp. 977: Synoptic scale deformation and tropical cloud bands. J. Atmos Sci., 34, Goldbrunner, A.W. 1963: Las causas meteorológicas de las lluvias de extraordinaria magnitud en Venezuela. 2d. ed. Ministerio de defensa, Venezuela 230 pp. Hurd, W.E., 1929: The northers of the Gulf of Tehuantepec. Mon. Wea Rev., 57, Huschke, R.E., Ed., 1959: Glossary of Meteorology. Amer. Meteor. Soc.638 pp. Kocin, P.J., P.N. Schumacher, R. F. Morales Jr. And L.W. Uncellini, 1995: Overview of the march 1993 super storm. Bull, Amer. meteoro SOCo 76, Lessmann, H. 1964: Synoptic and climatological view of rainfall in Central America (Specially in Salvador). Proc. Symp. in tropical meteorology, Roturua, New Zeland, New Zeland Meteor Service, Riehl, H., 1954: Tropical meteorology. Mc- Graw HiII, 392 pp. Schultz, D.M., W.E Bracken, L.F. Bossart, G.J. Hakim, M.A Bedrick, M. J. Dickinson and K.L Tile, 1997: The 1993 Cold Surge: Frontal structure, Gap flow and tropical impact. Mon Wea Rev. 125, Snow, J.W. 1976: The Climate of Northern South America. World survey of climatology, vol. 12, Climates of Central and South America. W Schwerdtfeger, ed. Elsevier, Trasviña, A., E.D. Barton, J. Brown, H.S. Velez, P.M. Kosro and R.L. Smith, 1995: Offshore wind forcing in the Gulf of Tehuantepec, Mexico. The asymmetric circulation. J. Geophys Res.100,