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El estudio titulado: “The pulsating nature of large-scale Saharan dust transport as a result of interplays between mid-latitude Rossby waves and the North African Dipole Intensity” acaba de ser publicado en la revista Atmospheric Environment.

El objetivo principal de este estudio ha sido el de explicar los procesos atmosféricos que ocasionan las variaciones intra-estacionales de las intrusiones de polvo hacia el Mediterráneo y el océano Atlántico Norte subtropical.  En este trabajo se han utilizado datos diarios y mensuales de espesor óptico de aerosoles (AOD) de MODIS, y de los reanálisis NCEP/NCAR, ECMWF, y MACC (hoy Copernicus CAMS).

Para conseguir este objetivo se ha partido del concepto de NAFDI (North African Dipole Intensity) introducido recientemente por Rodríguez et al. (2015), que es definido como la diferencia de la anomalía de la altura geopotencial de 700 hPa entre las regiones subtropical y tropical del norte de África. Esencialmente, NAFDI representa la anomalía a gran escala del viento geostrófico  en 700 hPa (unos 3000m de altitud) sobre el norte de África. Con índice NAFDI positivo se observa un mayor transporte de polvo hacia el Atlántico Norte subtropical y con NAFDI negativo se observa una anomalía positiva de polvo sobre el Mediterráneo. El primer trabajo fue demostrar que existe una variación intra-estacional de NAFDI durante la época del verano (junio-septiembre), y que modula el transporte del polvo del Sáhara, no solo hacia el Atlántico, si no también hacia el Mediterráneo.

 

Campos medios de anomalía de espesor óptico de MODIS (producto combinado de Deep-Blue y Dark-Target) para Julio y Agosto con NAFDI negativo (c y e) y positivo (d y f) en el periodo (2003-2012).


El segundo reto fue el de identificar los mecanismos físicos que conectan NAFDI con la conocida baja térmica Sahariana (“Saharan Heat Low”), la cual, se sabe muy bien, que modula numerosos procesos meteorológicos meso-escalares que ocasionan el levantamiento del polvo mineral sobre el Sahara. La localización de las fuentes de polvo que se activan, y su posterior transporte sobre el  norte de África dependen, en gran medida, de la posición de la SHL. Ésta se puede encontrar desplazada más hacia el Este o al Oeste, y por tanto condicionar la posición e intensidad de la emisión de polvo,  sin que hasta ahora se supiera qué procesos controlan estos desplazamientos longitudinales. Por otro lado las anomalías de diferentes campos meteorológicos, como la temperatura y el viento en 925 hPa, así como el espesor de geopotencial 700-925 h, para NAFDI positivo (negativo) coincidían con las encontradas por otros autores para la fase Oeste (Este) de la SHL.

Esto constituía una prueba más de la conexión entre NAFDI y la SHL. Sin embargo para demostrarla no era suficiente disponer de indicios. Era necesario obtener resultados numéricos estadísticamente significativos, y explicaciones basadas en mecanismos físicos. Para ello trabajamos con datos diarios en el periodo 1980-2013, e introdujimos dos nuevos índices, el NAFDI diario (NAFDIDI) y un nuevo índice que tiene en cuenta los desplazamientos  longitudinales de la SHL (SHLLSI). En este trabajo se ha probado por vez primera que  existe una estrecha relación entre la SHL y NAFDI. De hecho, la correlación entre el nuevo índice SHLLSI y NAFDIDI para el periodo de verano junio-septiembre 1980-2013 es muy alta, de 0.7. No menos importante es el hecho de que esta correlación aumenta hasta 0.78 cuando SHLLSI se retrasa un día respecto a NAFDIDI, lo que indica claramente que los cambios de NAFDI tienen lugar antes que los desplazamientos de la SHL.

 

NAFDIDI vs. SHLLSI con un día de retraso para el periodo de verano 1980-2013. El valor de la correlación diaria Pearson es 0.78, significativa con un nivel de confianza del 99.999%.


Para conocer los mecanismos físicos que están detrás de esta estrecha relación entre NAFDI y la SHL utilizamos la ecuación de la energía de la dinámica atmosférica con datos de reanálisis diarios de NCEP/NCAR para el mencionado periodo de estudio. La conclusión de este complejo análisis es que la advección horizontal diferencial de la temperatura, debida a  la anomalía de la velocidad horizontal asociada a NAFDI, modula inequívocamente la evolución del desplazamiento longitudinal de la SHL.

Este resultado indica, a su vez, que los cambios en NAFDI podrían estar relacionados con la intensificación y el debilitamiento de las fuentes de polvo en el Sáhara central y Occidental. Así pues, un NAFDI positivo favorece la movilización de polvo en el Sahara Occidental, norte de Mauritania y región central de Argelia. Esto ha sido corroborado con simulaciones preliminares de emisiones de polvo realizadas a partir de datos del reanálisis MACC (ahora, Copernicus CAMS).

 

 

Emisión de polvo media (µg m-2s-1) calculada a partir de datos de Reanálisis MACC (ahora Reanálisis Copernicus CAMS) para los meses de Junio, Julio, Agosto, y septiembre con NAFDI negativo (a, c, e, and g) y positivo (b, d, f, and h) para el periodo  (2003-2012).

 

Sin embargo, faltaba por resolver la cuestión más importante: ¿Qué mecanismo atmosférico explica las variaciones de NAFDI y de la SHL que muestran un periodo variable entre 10 y 30 días?

Basándonos en el interesantísimo trabajo de Chauvin et al (2010), y teniendo presente el principio general en física de que procesos de mayor escala espacial modulan procesos más pequeños, nos dimos cuenta que las ondas de Rossby de latitudes medias (MLRWs), y que afectan la baja troposfera sobre el norte de África, podrían constituir la respuesta. Además, estas ondas de Rossby tienen una escala temporal de 10-30 días. Las ondas de Rossby u ondas planetarias conservan la vorticidad y deben su existencia a la variación de la fuerza de Coriolis con la latitud. Sin embargo demostrar el papel jugado por las ondas de Rossby sin disponer de complejos sistemas de modelización no era una tarea trivial.

Para abordar este último estudio elegimos dos parámetros sencillos de calcular: Omega a 500 hPa (OM500) en el norte de Argelia, que da cuenta de la penetración de la onda de Rossby en la baja troposfera del norte de África, y la anomalía de viento a 300 hPa (WA300) sobre el sur de Marruecos, con el fin de cuantificar la fase y amplitud de la onda de Rossby. Estos parámetros, en los respectivos puntos geográficos, mostraban las correlaciones más altas con NAFDI.

Pues bien, la correlación entre NAFDIDI (el índice diario de NAFDI) y una relación lineal de OM500 y WA300 (LCWAOM) nos da un coeficiente de correlación de 0.656 (significativo al 99.999%). Además, el espectro de potencia de NAFDIDI, SHLLSI y la combinación lineal de OM500 y WA300 en la escala temporal de 10-30 días, nos muestran que la mayor parte de los picos intensos de NAFDIDI están presentes en el espectro de potencia de SHLLSI, y una gran parte de ellos se encuentran también en el de LCWAOM.

 

Resumen conceptual de este trabajo


En resumen, en este trabajo se muestra que las variaciones intra-estacionales de NAFDI están moduladas por aquellas ondas de Rossby de latitudes medias que logran penetrar bien en la baja troposfera del norte de África, y esta modulación se transmite hacia abajo ya que NAFDI modula, a su vez, los desplazamientos longitudinales de la SHL. Todo ello nos hace concluir que estas ondas de Rossby constituyan la explicación al carácter pulsante de las intrusiones de polvo que se registran en la cuenca Mediterránea central y occidental y en el Atlántico Norte subtropical.

La referencia completa de este artículo es:

Cuevas, E., A.J. Gómez-Peláez, S. Rodríguez, E. Terradellas, S. Basart, R.D. García, O.E. García, S. Alonso-Pérez, The pulsating nature of large-scale Saharan dust transport as a result of interplays between mid-latitude Rossby waves and the North African Dipole Intensity, Atmospheric Environment, 167, 586-602, ISSN 1352-2310, https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2017.08.059, 2017.

Y puede ser descargado en:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231017305757

 


 


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