Meteorología Colombiana N 7 pp.117 129 Marzo, 2003 Bogotá D.C. ISSN-0124-6984 ANÁLISIS DE LOS FACTORES METEOROLÓGICOS ASOCIADOS CON LA SITUACIÓN DE PRECIPITACIONES EN LA ZONA MONTAÑOSA DE CUNDINAMARCA, ENTRE EL 10 Y 13 DE MARZO DE 2002 ANALYSIS OF METEOROLOGICAL FACTORS ASSOCIATED TO PRECIPITATION CONDITIONS IN THE MOUNTAIN ZONE OF CUNDINAMARCA, IN THE 10-13 MARCH 2002 PERIOD RUTH LEONOR CORREA AMAYA Grupo de Investigación en Meteorología-U.N GLORIA LEÓN ARISTIZÁBAL Profesora Asociada, Departamento de Geociencias-Facultad de Ciencias-Universidad Nacional de Colombia Investigador Científico IDEAM Correa, R. & G. León. 2003: Análisis de los factores meteorológicos asociados con la situación de precipitaciones en la zona montañosa de Cundinamarca, entre el 10 y 13 de Marzo de 2003. Meteorol. Colomb. 7:117-129. ISSN 0124-6984. Bogotá, D.C. Colombia. RESUMEN Los sistemas atmosféricos ejercen influencia sobre el comportamiento del tiempo en un lugar dado, de ellos depende que se presenten los fenómenos meteorológicos normales para la época. En este estudio, en particular, se muestra el efecto sobre las precipitaciones de una dorsal de niveles bajos, para la zona montañosa de Cundinamarca, de acuerdo con ciertas características termodinámicas y dinámicas que tuvieron lugar entre el 10 y el 13 de marzo del 2002. Palabras clave: dorsal de niveles bajos, región Andina, divergencia, precipitación ABSTRACT The atmospheric systems exert influence on the behavior of the time in a given place, on them depends that the normal meteorological phenomena for the time appear. In this study, in individual, the effect is on precipitations of one ridge of low levels, for the mountainous zone of Cundinamarca, in agreement with certain thermodynamic and dynamic characteristics that they took place between the 10 and the 13 of march of the 2002. Key words: low levels ridge, Andean region, divergence, precipitation 1. INTRODUCCIÓN La precipitación es el parámetro meteorológico que caracteriza el estado del tiempo en nuestro medio. Su variabilidad repercute o beneficia en los quehaceres del ser humano. Por ello es de suma importancia conocer cuales son los sistemas meteorológicos que inciden en la ocurrencia de precipitación, así como su comportamiento y su estructura temporal y espacial. La dinámica de la atmósfera, al distribuir la masa y la energía genera variaciones espacio-temporales de elementos meteorológicos como la temperatura, la presión y la humedad, lo cual, en un lugar y tiempo determinado produce condiciones cálidas o frías, secas o húmedas, situaciones de lluvias, etc. Algunos de los procesos que inciden en el estado del tiempo sobre el territorio colombiano son: La Zona de Confluencia Intertropical, Ondas del Este, Sistemas sinópticos de la Amazonia y del Pacífico e Influencia de vaguadas de latitudes medias del Hemisferio Norte (IDEAM, 1998).
118 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 7, MARZO 2003 La precipitación, en la región Andina, está determinada principalmente por la situación geográfica y por la influencia de algunos factores como la Zona de Confluencia Intertropical (ZCIT), la cual se mueve latitudinalmente siguiendo el desplazamiento del sol con respecto de la tierra; pasando sobre nuestro país dos veces al año. (León & Zea, 1997). Por ello en gran parte de la región Andina la precipitación tiene un comportamiento de tipo bimodal, es decir, dos períodos secos y dos períodos lluviosos. Sin embargo hay otros sistemas meteorológicos secundarios que juegan un papel importante en la caracterización del tiempo de un determinado lugar, como el caso de estudio del presente trabajo. El estudio que se realizó, se encaminó principalmente a determinar las características termodinámicas y dinámicas asociadas a los sistemas sinópticos que dieron lugar a precipitaciones de tipo lloviznas y/o lluvias ligeras en la Sabana de Bogotá y áreas cercanas (Región Central Andina), los días 11 y 12 de marzo del 2002, cuando los días precedentes fueron característicos de tiempo soleado sobre esta zona. Es de anotar, que este tipo de fenómenos, donde los rasgos predominantes de cielo nublado y precipitaciones leves e intermitentes son típicas durante los meses de marzo y abril. Para este análisis se llevó a cabo el seguimiento de los factores incidentes en la atmósfera, basándose en imágenes de satélite, sondeos atmosféricos, observaciones horarias y productos del análisis del modelo global AVN, obtenidos con el programa PCGRIDDS. Sin embargo, se hará énfasis en el fenómeno ocurrido durante el día 11 de marzo de 2002. 2. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS NUBOSOS Y LA PRECIPITACIÓN La imagen de satélite para el canal infrarrojo (10.3-11.3 m), del día 11 de marzo a las 11:46 Z (Fig.1), muestra una lámina de tono gris oscuro que toma las formas de la topografía montañosa, sobre la Sabana de Bogotá y se extiende al norte sobre la Cordillera Oriental, la radiancia de esta lámina representa valores de temperaturas cercanas a los 10 C, que corresponden a valores de la temperatura del suelo, como se deduce de la imagen visible, la cual no presenta nubes sobre dicha región. En las imágenes del mismo día a las 18:36 Z, se observa un aumento significativo de la nubosidad a lo largo de la Cordillera Oriental, que en la imagen infrarroja tiene una apariencia homogénea de tono grisáceo, con temperaturas que oscilan entre 0 C y 6 C, indicando que corresponden a nubes bajas y estratificadas, mientras que las nubes de tono blanco recostadas sobre el Piedemonte, son de topes fríos, con valores que fluctúan entre 38 C y -59 C, y que por la apariencia blanca y redondeada que muestran en la imagen visible, se infiere que corresponden a nubes de desarrollo vertical. Las imágenes infrarrojas del día 12 de marzo (Fig.2), muestran que las nubes pierden parte de su apariencia estratiforme y se observan zonas más blanquecinas y brillantes, que indican que tienen un mayor desarrollo en la vertical; las capas mas bajas tienen temperaturas entre 0 C y 13 C, en tanto que las de desarrollo vertical localizadas al sur de 4.5 N y al oriente de 75 W, son de cimas frías (-33 C a 55 C). El día 13 de marzo, nuevamente se observa que la capa de nubes adquiere una tonalidad más grisácea y homogénea, manteniendo su forma estratificada, de acuerdo con las temperaturas que ellas representan, de 0 C a 4 C, sin embargo, al norte de la Sabana aun se observan unas pequeñas celdas individuales con topes fríos de 40 C y al sur de 60 C. En general, el sistema sinóptico que actúo en los días en mención, se asocia más con la formación de nubes bajas de tipo estratificado y por lo tanto, la precipitación conectada con estas características de nubosidad corresponde a cantidades de precipitación relativamente pequeñas. En la Tabla 1, se puede observar que los valores más altos de lluvia, se presentaron el día 12 de marzo, cuando la nubosidad adquirió cierto desarrollo vertical. 3. CONDICIONES TERMODINÁMICAS En la Fig.3, el análisis de los sondeos realizados, se aprecia como las condiciones de estabilidad se deterioraron por un lapso de tres días, rápidamente el índice LI de 9.19 (fuerte estabilidad) cayo en un día a 5.71 y en los dos días siguientes se acercó a 2.5 (Tabla 2). Este cambio de la estabilidad atmosférica asociado con la situación sinóptica se reflejó en otros parámetros, como en la humedad del aire, la cual se puede visualizar en la figura por el acercamiento de las dos curvas de estado que representan la temperatura y el punto de rocío. La capa de mezcla sufrió cambios significativos por la situación sinóptica que tuvo lugar entre el 11 y 13 de marzo. La humedad de la capa correspondiente a los primeros 500 metros, sufrió una modificación substancial y es así que el valor de relación de mezcla, aumento en un 60%, pasando de 5 g/kg, en condiciones estables, a 8 g/kg en condiciones inestables, redundando en un incremento de la cantidad de agua precipitable, factor importante en la ocurrencia de precipitación. Así mismo, se observó un decrecimiento en la altura de la capa de mezcla a las 7 a.m., (hora del lanzamiento del sondeo) que en los días de estudio estuvo determinado por una inversión de la temperatura, igualmente se presentó un incremento de la temperatura potencial, favoreciendo las condiciones de inestabilidad. 4. DINÁMICA ATMOSFÉRICA 4.1. Distribución del Viento y la Divergencia en Niveles Altos, Medios y Bajos de la Atmósfera Durante los Días 10, 11, 12 y 13 de Marzo Partiendo del principio de conservación de la masa, la divergencia horizontal origina una reducción de la columna de aire y una menor rotación, mientras que la convergencia horizontal da lugar a una expansión vertical y a un aumento de la rotación. De manera que los movimientos
CORREA & LEÓN: ANÁLISIS FACTORES METEOROLÓGICOS ASOCIADOS SITUACIÓN PRECIPITACIONES 119 Figura 1. Imágenes de satélite para los canales visible (0.58 a 0.68 m) e infrarrojo (10.3-11.3 m) del NOAA-15 para el 11 de marzo a las 11:46 Z y NOAA-16 para el 11 de marzo a las 18:36 Z ascendentes en la troposfera media se asocian con convergencia en la baja troposfera, en tanto que los movimientos descendentes en la troposfera media se asocian con divergencia en niveles bajos y convergencia en niveles altos. En los días analizados, se puede apreciar el predominio de divergencia en los diferentes niveles de la atmósfera. Al nivel de 700 mb, el área de interés (Sabana de Bogotá), se caracterizó por una fuerte divergencia durante Tabla 1. Precipitación marzo 11, 12 y 13 de marzo los días 10 y 11 de marzo; debilitándose en los siguientes días. (Fig.4). Los vientos que prevalecieron fueron del este y nordeste los cuales intensificaron su velocidad al final del período. El patrón de divergencia en 500 mb (Fig.5), no es muy persistente, ya que se aprecia la alternancia de divergencia y convergencia en el área, en este nivel el viento que se presentó fue zonal; entre tanto en 250 mb (Fig.6), prevalece la divergencia con vientos del suroeste los cuales aumentaron su velocidad los dos últimos días. Estación Municipio 10 11 12 13 Aeropuerto El dorado Bogotá - 16.4 6.7 0.0 Emmanuel D'Alzón Bogotá 0.0 0.8 12.0 0.0 U. Nacional Bogotá 0.0 3.8 12.0 0.0 Inem Bogotá 0.0 2.7 10.0 0.2 Venado Oro Bogotá - 4.5 18.0 0.0
120 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 7, MARZO 2003 Estación Municipio 10 11 12 13 Flores Colombianas Bogotá 0.0 8.2 7.2 0.0 Jardín Botánico Bogotá 0.0 7.5 10.0 - Acapulco Bojacá 0.0 0.0 6.0 0.0 Escuela Núñez Cabrera - 3.5 21.6 - Guanata Chía - - 7.0 0.0 Choachí Choachí 0.0 8.2 18.6 3.0 Cucunubá Cucunubá 0.0 0.0 4.5 0.0 Panonia Chocontá 0.0 2.0 2.3 0.0 Piscis Chocontá 0.0 1.2 2.8 0.0 Hidroparaiso El colegio - 0.0 0.9 0.0 Fómeque Fómeque 0.0 8.9 28.5 0.7 Ita Valsálice Fusagasugá 0.0 0.0 5.8 0.0 Isla del Santuario Fúquene 0.0 8.1 22.7 0.0 Gachetá Gachetá 0.0 8.2 17.0 0.0 Guachetá Guachetá 0.0 4.5 7.9 0.0 Gutiérrez Gutiérrez 0.0 8.1 11.0 0.0 Leticia Lenguazaque 0.0 0.2 0.3 0.0 Granja Agro. Machetá Machetá 0.0 0.6-0.0 El Roble Madrid 0.0 0.0 6.3 0.0 Casablanca Madrid 0.0 1.0 3.5 0.0 El Tibar Madrid 2.6-7.4 0.0 Tibaitatá Mosquera 0.0 0.5 8.0 0.0 Pandi Pandi 0.0 0.2 3.0 0.0 Granja San Jorge Soacha 0.0 1.5 12.0 0.0 Suasuque Sopó 0.0 1.5 4.1 0.0 Tachi Subachoque 0.0-3.5 0.0 Santillana Tabio 0.0 0.0 6.0 0.0 Granja Tabio Tabio 0.0 0.0 4.6 0.0 El Hato Tenjo 0.0 1.5 9.9 0.0 Granja Providencia Tenjo 0.0 1.5 6.1 0.0 Tibacuy Tibacuy 0.0 2.0 3.0 0.0 Ubala Ubala 0.0 22.5 27.8 4.0 Granja Villapinzón Villapinzón 0.0 12.0 0.2 0.0 - : dato no disponible Por lo tanto esta situación sinóptica caracterizada por divergencia en grandes capas atmosféricas e inestabilidad termodinámica, da lugar a que la nubosidad formada se estratifique en las capas bajas de la atmósfera y se asocie con cielos nublados, por ello la precipitación producida es de intensidad ligera. 4.2. Campo de la Vorticidad Las parcelas de aire tienen la propiedad de girar, característica muy importante de los movimientos atmosféricos, llamada vorticidad (Defant & Morth, 1991), que para un campo de velocidad tridimensional, puede ser expresada por: V
CORREA & LEÓN: ANÁLISIS FACTORES METEOROLÓGICOS ASOCIADOS SITUACIÓN PRECIPITACIONES 121 Figura 2. Imágenes de satélite NOAA-16 en el canal infrarrojo (10.3-11.3 m) para los días 12 de marzo a las 16:46 Z y 13 de marzo a las 16:35 Z Figura 3. Sondeos realizados en Bogotá durante los días 10, 11, 12 y 13 de marzo de 2002 a las 07:00 HLC. (Fuente: Department of Atmospheric Science, University of Wyoming) Tabla 2. Análisis de los sondeos 10-13 de marzo de 2002 10 marzo 11 marzo 12 marzo 13 marzo PARÁMETROS Lift index (LI) 9.19 5.71 2.33 3.38 Cantidad de agua precipitable (mm) 6.04 14.55 20.38 18.97 Temperatura del nivel de condensación (K) 272 276 279 277 Presión del nivel de condensación (hpa) 647 679 695 676 Altura de la capa de mezcla a las 7 a.m. (m) 241 11 22 11 Temperatura potencial media de la capa de mezcla (K) 308 309 310 310 Relación de mezcla media de la capa de mezcla (g/kg) 5.63 7.15 8.49 7.86 Nota: La capa de mezcla corresponde a la capa atmosférica que ocupa los primeros 500 metros. Pero a escala sinóptica, se evalúa la rotación alrededor de un eje vertical, por lo cual la ecuación de la vorticidad queda reducida a la siguiente expresión: v u x y El análisis de la vorticidad con la información del viento del modelo AVN para los diferentes niveles de la atmósfera señala el predominio de vorticidad anticiclónica, para el área de estudio. En las capas bajas de la atmósfera (700 hpa), el flujo del este muestra una componente zonal bien marcada para el día 10 de marzo, en los tres días siguientes, el viento adquiere un fuerte componente meridional del norte y las velocidades del viento aumentan
122 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 7, MARZO 2003 (Fig.7); este comportamiento del campo de viento contribuye a que el campo de vorticidad se torne cada vez más negativo ganando vorticidad anticiclónica y dando origen a la formación de una dorsal en las capas bajas, con el eje situado a lo largo de la región andina central, alcanzando su máxima intensidad el día 12 de marzo. A nivel de capas medias (500 hpa), la vorticidad se debilita y el flujo del este tiene características zonales (Fig.8). Los niveles altos (300 hpa), están dominados por una dorsal que acompaña al flujo del oeste y que contribuye con un aporte de vorticidad anticiclónica sobre el área de estudio, exceptuando el día 12, cuando se tornó ciclónica (Fig.9). Figura 4. Viento y divergencia a 700 mb a). Marzo 10 de 2002 b). Marzo 11 de 2002 c). Marzo 12 de 2002 d) Marzo 13 de 2002
CORREA & LEÓN: ANÁLISIS FACTORES METEOROLÓGICOS ASOCIADOS SITUACIÓN PRECIPITACIONES 123 Figura 5. Viento y divergencia en 500 mb a). Marzo 10 de 2002 b). Marzo 11 de 2002 c). Marzo 12 de 2002 d) Marzo 13 de 2002 4.3. Estructura Vertical de la Humedad En la Fig.10, se aprecia la distribución de la humedad relativa en la atmósfera. En ella se puede advertir, que durante los días 10 y 11 de marzo se presentó un bajo índice de humedad el cual osciló entre 40 y 60 %, en las capas atmosféricas situadas por debajo de la superficie isobárica de 700 hpa. Los días 12 y 13 de marzo la humedad se incrementa y se registran niveles de 95 %, particularmente en la zona de estudio, condiciones esenciales para la formación de nubosidad. Como consecuencia de este sistema sinóptico y el aumento de humedad se registraron precipitaciones generalizadas y ligeras o lloviznas (12 de marzo de 2002) y predominio de tiempo seco (13 de marzo de 2002, Tabla 1). CONCLUSIONES El tiempo y el clima de una región, están determinados por los sistemas imperantes en la atmósfera, de ellos depende que se presenten los fenómenos meteorológicos normales para la época (períodos secos o lluviosos, bajas o altas temperaturas, entre otros).
124 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 7, MARZO 2003 La influencia de sistemas anticiclónicos en niveles bajos (700 mb) y la existencia de subsidencia en altos niveles influyen significativamente en el bloqueo de los movimientos verticales ascendentes originados por el calentamiento diurno y por ende en la estratificación de la nubosidad en las capas bajas, cuando los contenidos de humedad son altos, situación que en algunos casos pueden llegar a producir lluvias y/o lloviznas ligeras, además reducen la temperatura por la fuerte disminución de radiación solar directa, entre otros. Este sistema sinóptico de niveles bajos no es perdurable en nuestro medio debido a la conservación de la vorticidad potencial. Figura 6. Viento y divergencia en 250 mb a). Marzo 10 de 2002 b). Marzo 11 de 2002 c). Marzo 12 de 2002 d) Marzo 13 de 2002
CORREA & LEÓN: ANÁLISIS FACTORES METEOROLÓGICOS ASOCIADOS SITUACIÓN PRECIPITACIONES 125 Figura 7. Viento y vorticidad a 700 mb a). Marzo 10 de 2002 b). Marzo 11 de 2002 c). Marzo 12 de 2002 d) Marzo 13 de 2002
126 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 7, MARZO 2003 Figura 8. Viento y vorticidad a 500 mb a). Marzo 10 de 2002 b). Marzo 11 de 2002 c). Marzo 12 de 2002 d) Marzo 13 de 2002
CORREA & LEÓN: ANÁLISIS FACTORES METEOROLÓGICOS ASOCIADOS SITUACIÓN PRECIPITACIONES 127 Figura 9. Viento y vorticidad a 250 mb a). Marzo 10 de 2002 b). Marzo 11 de 2002 c). Marzo 12 de 2002 d) Marzo 13 de 2002
128 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 7, MARZO 2003 Figura 10. Corte vertical de humedad relativa a). Marzo 10 de 2002 b). Marzo 11 de 2002 c). Marzo 12 de 2002 d) Marzo 13 de 2002
CORREA & LEÓN: ANÁLISIS FACTORES METEOROLÓGICOS ASOCIADOS SITUACIÓN PRECIPITACIONES 129 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Defant, F. & H. Morth. 1991: Compendio de Meteorología para uso del Personal Meteorológico de las clases I y II. Volumen I Meteorología Sinóptica parte III. Organización Meteorológica Mundial (OMM) 364:12-115 OMM, Ginebra. DEPARTMENT OF ATMOSPHERIC SCIENCE, UNIVERSITY OF WYOMING. 2002: Upperair Air Data. En: http://weather.uwyo.edu/upperair/ IDEAM. 1998: El Medio Ambiente en Colombia. IDEAM. 52-55; 63-68, Santa Fe de Bogotá. IDEAM.: Base de datos. León, G. & J. Zea. 1997: Sistemas Sinópticos que determinan el Estado del Tiempo en Colombia. IDEAM. 19-22, Santa Fe de Bogotá. Fecha de recepción: 11 de diciembre de 2002 Fecha de aceptación: 3 de febrero de 2003