ARTÍCULO ORIGINAL

CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA SOBRE TERRITORIO BOLIVIANO
DURANTE LA FASE ACTIVA Y PASIVA DEL MONZÓN SUDAMERICANO

Andrés W. Burgoa Mariaca

Instituto de Investigaciones Físicas, FCPN
La Paz—Bolivia

RESUMEN

Haciendo uso de los datos climatológicos generado por modelo de acoplamiento océano-atmósfera iROAM con una resolución espacial de 0,5° x 0,5° en latitud y longitud para el período comprendido entre los arios 1998 - 2003 y los aportados por NCEP­Reanálisis, se estudio la circulación meridional del viento, vertical y perfiles verticales durante la fase activa y pasiva del monzón sudamericano. El carácter estacional de los vientos en los niveles bajos de la troposfera se hace evidente y la surgencia de una vorticidad anticiclónica o alta boliviana (20°S-65W) en los niveles altos se hace patente en el altiplano boliviano.

Cortes transversales longitudinales centrados en 12,5°S y 15,0°S para el verano Austral evidencia la existencia de Corrientes en Chorro en los Niveles Bajos (CCBS) de la Troposfera situado en la ladera oriental de los Andes Centrales (800 — 900 hPa) y una intensidad de 5 _[J dirigido hacia el Sur del continente sudamericano. En el invierno Austral se puede evidenciar el cambio en el sentido de movimiento de la CCBS hacia el norte del hemisferio sur, su intensidad aumenta 8 [T] y se ubica en los 700 hPa muy pegado a la ladera oriental de los Andes Centrales.

La condición de Baroclinicidad de la CCBS parace no estar patente cuando se analiza la estructura termodinámica en el núcleo de la CCBS y su presencia coadyuva a la formación de sistemas complejos de mesoescala en la región.

La presencia de la Alta Boliviana da el caracter estacional de las precipitaciones en suelo boliviano, éstas se concentran en el norte del departamento de La Paz y Pando, extendiéndose hacia la amazonía boliviana, la intensidad de esta ésta en los 300 [r].

Descriptores: Circulación Atmosférica, Monzón Sudamericano.

1. INTRODUCCIÓN

La palabra "monson" proviene del Arabe "Mausim" que significa estación y con él los navegantes del Indico denominaron la gigantesca inversión de vientos que, con caracter estacional, se registra en dicho océano y que, históricamente, fue aprovechada para la navegación entre las costas de Africa y la India: en verano rumbo hacia el noroeste (monzón de verano o monzón de las lluvias) y en invierno hacia el suroeste (monzón de invierno o monzón seco).

Tradicionalmente se vío al continente sudamericano con características de un régimen no-monzónico. Sin em­bargo, Zhou y Lau (1998) se encargarón de demostrar  que las principales características de la inversión esta­cional de los vientos alisios a gran escala sobre el con­tinente sudamericano se parece en mucho a los sistemas monzónicos existentes en Asia el Africa y el norte de Australia, solo para citar algunos. A su vez, observacio­nes previas nos dan referencia a que sudamerica posee ciertas características semejantes a los monzones ya exis­tentes a nivel global. Horel et al. (1989) muestran que la alta boliviana se intensifica muy rapidamente a medida que este se va asentuando sobre el territorio boliviano. Li y Fu (2002) también evidencian características muy similares al monzón asiatico durante la estación humeda para el monson sudamericano.

Holton y Krishnamurti coinciden en explicar los mecanismos hidrodinámicos que rigen la circulación monsónica en la estación de verano; en particular, cuan­do una columna de aire se extiende hacia la troposfera, en los niveles bajos de esta se genera un remolino de energia potencial que luego se manifiesta en los niveles altos de la troposfera como energía cinética divergen­te, el ac'oplamiento de tal energía con la rotación de los vientos se manifiesta como energía cinética de rotación, en tal sentido, el continente sudamericano y en especial en la altiplanicie boliviana se genera una vorticidad an­ticiclónica (( > O). Los estudios a gran escala o global, han caracterizado la transición de los condiciones térmi­cas y dinámicas para el inicio de tales anticiclones, sin embargo la pregunta que aun queda flotante es conocer el mecanismo de disparo que inicia las condiciones para tal génesis. Sin embargo, Silva Dias y otros (1983) muestra mediante un modelo lineal baroclinico que la alta boli­viana o vorticidad anticiclonica se debe esencialmente a las ondas de Rosby ecuatoriales como una respuesta al forzamiento transiente del calor en el Amazonas al cual acompaña fuertes tormentas eléctricas en el altiplano bo­liviano.

A nivel global, la circulación de vientos en los niveles bajos de la troposfera sobre los oceanos subtropicales es­ta caracterizado por la presencia de altas subtropicales, las cuales son permanentes durante todo el ario. Mientras que los monsones asíaticos, africano y el de las américas son estacionales que siguen la migración estacional lati­tudinal del Sol. En tal sentido, tanto anticiclones sub­tropicales como monsones juegan un rol fundamental en la circulación global tanto en la atmósfera como en los oceanos. Se atribuye la existencia de los anticiclones sub­tropicales a la Célula de circulación de Hadley. Heald y Bou (1980) muestran como los conceptos físicos de con­servación del momentun angular, el balance en el viento térmico y el equilibrio radiativo-convectivo pueden expli­car la estructura media zonal y anual de la circulación de Haclley. Los estudios relativos a los sistemas mon­sonicos a nivel global confluyen a una relación directa entre las altas subtropicales, los monsones y la célula de circulación de Hadley. Por lo tanto, la motivación para el presente estudio es mostrar la circulación atmosférica  sobre territorio boliviano durante la fase activa y pasiva del monson sudamericano.

2. DATOS

Los datos utilizados en el presente estudio consisten en datos diarios del Centro Nacional para la Predicción del Medio Ambiente (del ingles NCEP) tomados cuatro veces al día a 0000, 0600, 1200 y 1800 UTC para un período de nueve arios (1998-2006) con una resolución espacial en longitud-latitud de 2,5 x 2,5 a 17 niveles de presión e,standar, con dichos datos se construyo la clima­tología para el período 1998 al 2003. A su vez, se hizo uso de los datos climatológicos del modelo climático regional Oceano-Atmósfera denominado IPRC ROAM (iROAM) con una resolución de 0,5 x 0,5 en longitud-latitud a 20 niveles de presión estandar para el período 1998 al 2003.

3. EL SISTEMA MONZÓNICO EN SUDAMERICA

La Figura 1 ilustra la circulación de los vientos en los niveles bajos y altos de la troposfera para la Climatología anual del período 1998-2003 en el Hemisferio Sur, en esta es posible apreciar las vorticidades anticiclonicas situa­das frente a las costas del Pacífico Chileno y las costas del Atlántico Brasileño (850 hPa), a su vez en pleno con­tinente sudamericano se situa un anticiclón permanente en los límites territoriales de Brasil y Bolivia durante todo un ario (200 hPa). En los niveles bajos se puede evidenciar la intensidad de los vientos alisios (vientos del sureste) en el océano Atlántico como en el Pacífico tropi­cal. Dichos vientos bordean las costas chilenas como las brasileñas y uruguayas. En las proximidades del límite ecuatorial, los vientos alisios se acoplan a aquellos pro­venientes del Hemisferio Norte (vientos del noreste) para dar a lugar a la Zona de Convergia Intertropical (ZCIT).

La cadena montañosa que se extiende a lo largo del continente, impide que los vientos alisios del Pacífico pe­netren hacia el interior de éste, mientras que los alisios del Atlántico logran ingresar vía cuenca amazónica hacia territorio boliviano y seguir su curso hacia las pampas argentinas, a estos niveles no es posible hablar de un régimen monzónico ya que no se evidencia la inversión estacional de los vientos en el Hemisferio Sur. En los ni­veles altos de la troposfera, la vorticidad anticiclonica en ubica en los 9°S — 63°W durante todo un ario calenda­rio. Sin embargo, si extraemos la componente anual y fijamos la atención en los picos tanto del verano como del invierno Austral, entonces se puede evidenciar la es­tacionalidad en la circulación de los vientos tanto en los niveles bajos como altos de la troposfera.

La Figura 2 muestra por separado tanto en los ni­veles altos como bajos la estación del verano e invierno Austral, en esta se puede evidenciar la vorticidad an­ticiclonica (<" > 0) en la planicie altiplanica de Bolivia (20°S — 65W); dicha vorticidad se trata de un anticiclón cálido, es decir, dicho anticiclón está constituido por una masa de aire más cálida de que la existe a su alrededor, trátese pues de un núcleo cálido en donde los gradien­tes de presión y temperatura tienen la misma dirección

Figura 2. Se muestra de arriba para abajo la circulación de los vientos en los niveles altos y bajos de la tropósfera para el verano e invierno Austral. Las sombras indican la magnitud del viento a los niveles referidos.

y son máximos ambos, esto implica que las superficies isobáricas se organizan en forma de campana con lo que la pendiente de estas se acrecienta con la altura. Los me­canismos que preceden a la formación de estos campos de presión se deben básicamente a procesos dinámicos, así en el anticiclón cálido la superficie isobárica genera una alta presión en el núcleo del anticiclón que esta liga­do hidrostáticamente con el aire frío de los alrededores que es relativamente más denso. La estructura de estos anticiclones permite explicar las diferencias tan notorias de tiempo atmosférico de una estación a otra, así estos se caracterizan por fuertes ascensos de masa de aire que da a lugar a un enfriamiento adiabático del mismo. Este enfriamiento puede llevar a la saturación y condensación del aire, lo que genera abundante nubosidad que puede estar acompañada de precipitaciones, de ahi que se aso­cie al anticiclón con tiempo nublado y lluvioso. Dicho proceso hace que el volumen de aire en la columna de aire vertical conserve la ecuación de continuidad y un gradiente térmico vertical muy inestable como cosecuen­cia de la superposición de aire frío en las capas altas y cálido en la superficie.

La Figura 2 gráfico segundo de arriba hacia abajo muestra la circulación de vientos en los niveles bajos, 850hPa, en esta es de particular importancia el desarro­llo de las denominadas Corriente de aire en los Niveles Bajos (CNB) que se ha venido a denominar la Corriente en Chorro de los niveles Bajos en Sudamerica (CCBS), estos CCBS juegan un papel fundamental en el clima re­gional del Hemisferio Sur y típicamente se localizan hacia el costado oriental de la cadena montañosa de los Andes centrales o como en el caso del monson indio el gran con­traste térmico entre el continente indu y los adyacentes al océano Indico generan chorros o corrientes de aire en los niveles bajos de la atmósfera, sea en el continente asíatico o las américas, la presencia de esta es estacio­nal, es decir, sigue la migración latitudinal del Sol. La importancia de estos CCBS es que estan estrechamente vinculados a la formación de complejos convectivos de mesoescala y convergencia de vapor de agua por debajo de estos CCBS. La figura mencionada nos ilustra la cli­matología de la estacionalidad de los vientos alisios para el verano Austral (DEF), tal corno puede evidenciarse, los vientos provenientes de la cuenca del Sahel africano cruzan la línea ecuatorial e incursionan al continente sud­americano vía cuenca amazónica bordeando la cordillera de los Andes y girar ciclónicamente para dirigirse hacia el Gran Chaco, se ve notoriamente en este movimiento de masas de aire que la CNB ingresa por el norte del departamente de Pando e incursiona hacia las llanuras benianas y el escudo chiquitano. Su incursión va más allá, es decir, se observa una vorticidad ciciónica (ζ <0) en las grandes urbes de Sao Paulo y Rio de Janeiro. A su vez, la climatología para la estación del invierno Aus­tral (JJA) (ver Figura 2 gráfico tercero de arriba hacia abajo) muestra una vorticidad anticiclónica (ζ > 0) en las ciudades brasileñas anteriormente mencionadas pa­ra adentrarse hacia el continente e iniciar su retorno a la

Figura 3. La Figura muestra un corte transversal longitudinal a diferente latitudes en el continente sudamericano, en ésta se puede evidenciar el movimiento, orientación e intensidad de la Corriente en Chorro de los Niveles Bajos (850hPa).

cuenca del Sahel africano, este giro estacional de los vien­tos para los meses DEF y JJA da el caracter monzónico a Sudamerica y trátese pues de un monzón semejante al monzón indio con un tiempo de duración de dos meses y medio, el suficiente para aportar la cantidad necesaria de lluvias en la región, ya que los monzones se caracterizan por la presencia de precipitaciones durante su estadio en el continente.

3.1. CCBS (longitudinal) para la estación del verano Austral

La Figura 3 muestra los cortes transversales longi­tudinales a 12,5°S y 15,0°5 para la climatología de los vientos meridionales durante la estación del verano Aus­tral, en ésta se ve la orientación de la CCBS en el conti­nente sudamericano dirigido hacia el polo Sur. La CCBS esta orientada hacia la ladera oriental de la cordillera andina y ubicada entre los 800 — 900 hPa, se observa claramente el papel que juega la orografía y su caracter de forzamiento para la génesis de la CCBS, a su vez, en la ladera occidental peruana (Lima-Perú) se puede evi‑

Figura 4. Se puede evidenciar en la Figura el corte transver­sal longitudinal a 20,0°S para la estación del invierno y la primavera Austral en el cotinente sudamericano.

denciar una chorro de niveles bajos en sentido ecuatorial, su ubicación se centra entre los 900 — 1000 hPa y como contraparte a estas corrientes en los niveles bajos se es­tablece en los niveles altos de la troposfera otros chorros de mayor intensidad en sentido ecuatorial. En la Figura también se acopla el movimiento vertical que experimen­tan los vientos en presencia de la vortidad anticiclónica en la altiplanicie boliviana, se puede evidenciar el intenso movimiento ascendente de las masas de aire hacia los ni­veles altos (200hPa), en especial a los 12,5°S de latitud se puede observar movimientos verticales tanto en el nor­te de La Paz y las llanuras benianas para luego cerrar la célula de circulación con movimientos descendentes frente a las costas de el Salvador en el Brasil, además se puede ver que se genera una pequeña célula de cir­culación entre la cordillera de Carabaya y Huanta en el Perú. Mientras que en los 15,0°S de latitud se evidencia movimientos ascentes intensos que se origen en las pro­ximidades de la llanura de moxos en el Beni, siguiendo hacia el nudo de Apolobamba en los límites fronterizos de Perú y Bolivia, esta rama ascendente se cierra con otra descendente frente al Salvador en el Brasil; a su

Figura 5. La Figura nos muestra la temperatura en contornos a 925 hPa y vientos en vectores a 850 hPa para las estaciones del verano e invierno Austral, acompaña a estas perfiles verticales del viento a 20,0°S — 63,0°W.

vez, otra circulación de menor intensidad se genera en­tre la cordillera de Carabaya y la cordillera de Chilca en el Perú.

3.2. CCBS (longitudinal) para la estación del invierno Austral

La Figura 4 nos muestra la CCBS tanto para el in­vierno y la primavera Austral en el continente suda­mericano, en plena estación invernal se evidencia que la CCBS se localiza en los niveles de presión de 700 — 800 hPa muy próxima a la ladera oriental de los Andes Centrales, en el costado occidental se muestra un lijero chorro a los mismos niveles que su contraparte oriental, es interesante notar el sentido de la CCBS en sentido ecuatorial. En la ladera occidental y frente a las costas del Pacíficio chileno un chorro de niveles bajos se dirije hacia el polo sur. A su vez, los movimientos verticales en ambos flancos de la cordillera andina evidencia una  célula de circulación que abarca una rama descendente al interior del continente y el costado oriental de los Andes Centrales y otra rama descendente hacia el interior del océano Pacífico: en tal sentido, dichos movimientos tie­nen que ver con la subsidencia de las masas de aire hacia los niveles bajos, dichos movimientos calientan adiabáti­camente a las masas de aire y las alejan del punto de saturación y con ello determina la aparición de tiempo seco, despejado y soleado. En las inmediaciones de los niveles bajos la orografía afecta fuertemente estos movi­mientos descendentes, de ahi que en el Chaco Boreal, el salar de Uyuni e Iquique, este último frente a las costas chilenas evidencian condiciones semideserticas.

Por otro lado, en el pico de la estación de Prima­vera, se puede evidenciar la CCBS al nivel de 700 hPa en dirección ecuatorial, este se ubica aproximadamente entre los departamentos de La Paz y Cochabamba, mien­tras que su contraparte en el flaco occidental se ubica en pleno océano Pacífico en dirección hacia el polo sur; en los niveles altos se observa dos chorros que se dirijen ha­cia la línea ecuatorial y el otro hacia el polo sur. En el pico de la estación primaveral se puede notar nuevamen­te movimientos ascendes desde el Chaco Boreal, Serranía los Milagros y la cordillera Mandinga, estos últimos ubi­cados en el departamento de Chuquisaca, por otro lado la subsidencia prevalece en la ciudad de Iquique Chile y movimientos de ascendentes entorno a los Salares de Coipasa y Uyuni.

3.3. Procesos dinámicos en la CCBS

3.4. Actividad convectiva latitudinal en la presencia de vorticida anticiclónica

La Figura 6 pone de manifiesto la actividad convec­tiva latitudinal para las estaciones del verano e invierno Austral. El corte transversal latitudinal 25,0°S - 0⁰ cen­trado en 68,0°W para el verano Austral nos indica que los movimientos ascendentes de las masas de aire que incursionan vía línea ecuatorial son forzados a subir ha­cia los niveles altos de la troposfera, sitio donde estos divergen. Las localidades que experimentan estos movi­mientos verticales van desde ixiamas, Serrania Huayra Pata, Zongo y Calamarca, mientras que el extremo sur evidencia un canal ascendente entorno al Salar de Uyuni y la puna de Atacama, este último en Chile. Se muestra también un giro ciclónico al nivel de 500 hPa y de direc­ción hacia la cuenca del océano Pacífico, a la altura de la Cordillera del Condor en el Ecuador.

El corte transversal latitudinal 25,0°S - 0⁰ centrado en 68,0°W para el invierno Austral pone de manifiesto una célula de circulación con su rama descendente hasta los 15,0°S, lo que implica que las masas de aire se calien­tan en su descenso y se alejan del punto de saturación, lo que muestra las condiciones de buen tiempo en gran parte de la región.

Latitud

Figura 6. La Figura ilustra el corte latitudinal 25,0°S — centrado en 68,0°W para las estaciones del verano e invierno Austral, en esta se evidencia los movimientos tanto ascenden­tes como descendentes de las masas de aire que incursionan al continente sudamericano, en un caso esta asociado con tiem­po húmedo, actividad convectiva y precipitaciones, mientras que en el otro caso se nota buen tiempo y seco, las lluvias estan ausentes para este caso.

3.5. Variación estacional de las precipitaciones en sudamerica

La Figura 7 ilustra la variación estacional de las preci­pitaciones en el continente sudamericano durante la fase activa y pasiva del monzón en sudamerica. El inicio de la estación húmeda se inicia al norte de la línea ecuatorial, centrando su máximo en 40 [mm/dia] en las costas del Pacífi­co colombiano y disminuyendo hacia el norte peruano con 10[mm/dia] . En el pico de la actividad monzónica, las precipitaciones se concentran en los Andes Centrales con 10 [mm/dia] o 300[mm/dia] extendiéndose hacia el interior de la Cuenca Amazónica brasileña, estas precipitaciones son necesarias para mantener todo un ecosistema que depen­de de él y por ende la actividad agrícola en gran parte de la región y la generación de energía eléctrica en la represa de Itaipu (Paraguay, Brasil). De entrada a la es­tación del invierno Austral la migración estacional de las precipitaciones se mueven en dirección ecuatorial hacia

el flanco oriental de la cordillera andina en los países del Ecuador y de Colombia con 25[7-i'⁷:1. En pleno invierno Austral la ausencia de precipitaciones se hace muy noto­ria y las lluvias se concentran entorno a Centro America con 30 ['_d-] . Puede decirse que durante la fase activa del monzón, las precipitaciones siguen la migración estacio­nal del Sol en el continente sudamericano y la vorticidad anticiclónica que se observa en la altiplanicie boliviana coadyuva a su intensificat-        mientras que en la fase
pasiva, la dilusión de la alta boliviana se hace patente y con ello las precipitaciones. A estas alturas, la Zona de Convergencia Intertropical juega un papel de sintoniza­dor con el movimiento estacional de las masas de aire en los niveles bajos.

4. CONCLUSIONES

Con base a los datos generados por el modelo océanoatmósfera iROAM y los aportados por NCEP-Reanáli­sis, se procedio a extraer la componente anual de dichos datos y elaborar la climatología correspondiente, en ese sentido se puede observar la estacionalidad de los vientos en los niveles bajos de la troposfera que virtualmente nos  da el caracter monzónico en el continente sudamericano. En los niveles bajos se puede evidenciar la presencia de Chorros de masas de Aire que se aceleran debido a la presencia de la cordillera andina, en especial en la parte central donde estos Chorros o corrientes cobran funda­mental importancia por su aporte de humedad y precipi­taciones a la región. La incursión de estos Chorros en el continente tiene que ver el clima en la región y la forma­ción de sistemas de complejos convectivos de mesoescala durante la fase activa del monzón. Por otro lado, cobra vital importancia la presencia en los niveles altos de la troposfera la formación de una vorticidad anticiclónica (ζ > 0) en pleno altiplano boliviano (20°S - 65W) que se vino a denominar en la comunidad meteorológica de la Alta boliviana, su presencia tiene que ver con la es­tación lluviosa en gran parte de la cuenca endorreica y la amazonía boliviana, su presencia en suelo boliviano dura aproximadamente dos meses y medio e inclusive dependiendo de la variabilidad interanual que presente éste puede extenderse los tres meses y medio.

El corte transversal longitudinal a los 12,5°S y 15,0°S de latitud nos muestra la presencia de la Corriente en

Figura 8. Se muestra el modelo conceptual para la circulación atmosférica sobre territorio boliviano durante la fase activa del monzón sudamericano con base a los datos aportados por el modelo IROAM.

Chorro de los niveles Bajos (CCBS) para la estación del verano austral, su intensidad y ubicación en la ladera oriental de los Andes Centrales versa los 800 — 900 hPa con 5 [m/s], lo que garantiza el aporte de humedad en la región y con ello las precipitaciones que acompañan a ésta, acompañan a ésta corrientes de aire intenso en los niveles altos, el sentido de movimiento de esta Corrien­te en los niveles bajos se orienta hacia el polo sur. En el invierno Austral, el corte vertical longitudinal a los 20,0°S muestra la Corriente en Chorro pegada a la lade­ra oriental de la cordillera andina con una magnitud de 8 [^m/s] , ubicandose en torno los 700 — 800 hPa. El mis­mo corte pero entrada la estación de primavera vuelve a evidenciar la presencia de esta Corriente en los 700 hPa con una magnitud de 6 [m/s], a estas alturas de ambas estaciones se puede evidenciar la inversión en el senti­do de movimiento de esta Corriente en Chorro, tanto en el invierno como primavera Austral, dicha Corriente va dirigida hacia el norte del continente sudamericano.

La estructura termodinámica de estas Corrientes en Chorro de niveles Bajos parece no evidenciar la condi­ción de baroclinicidad en el núcleo de estos y con ello la génesis que les precede, sin embargo los cortes verticales 20,0°S — 63,0°W muestran una cortante de viento en los 18 UTC como signo de actividad y formación de siste­mas de complejos convectivos de mesoescala, que estan bien documentados vía imágenes de satélite.

La presencia del monzón en sudamerica acompaña la migración estacional de las precipitaciones, su fase de ini­cio se origan en la línea ecuatorial y migra hacia la región muy pegada a la ladera oriental de la cordillera andina y amplificandose hacia la cuenca de la amazonía boliviana y brasileña, su máximo de aporte es de los 300

La figura 8 ilustra un modelo conceptual relativo a la circulación monzónica sobre territorio boliviano. En ésta se puede evidenciar cómo la alta boliviana o vorti­cidad anticiclónica se distribuye hacia lo largo y ancho del continente sudamericano. Su presencia en suelo bo­liviano, en especial en la altiplanicie de éste, muestra la fuerte actividad convectiva hacia los niveles altos de la tropósfera, tal como se evidencia en la figura 7 durante la fase activa del monzón sudamericano.

REFERENCIAS

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