Centro Internacional para la Investigación del Fenómeno de El Niño

1. Centro Internacional para la Investigación del Fenómeno de El Niño I FORO DE PERSPECTIVAS CLIMÁTICAS PARA SUDAMÉRICA Guayaquil - Ecuador, 01 al 04 de Octubre 2012 Seminario - Taller Clima de Sud América Variabilidad Climática I: ENSO y otros modos Relator: Dr. René D. Garreaud www.dgf.uchile.cl/rene Departamento de Geofísica Universidad de Chile

2. Dinámica de ENOS e Impactos Globales + Otros modos • En esta exposición se describen las bases físicas del fenómeno ENOS (El Niño - Oscilación del Sur) como un ejemplo del sistema acoplado atmósfera-océano sobre el Pacifico tropical. Luego se analizan los impactos de ENOS a nivel global a través del las teleconecciones atmosféricas. Finalmente se revisan las principales consecuencias de ENOS en América del Sur, y en particular a lo largo de la costa oeste del continente. • Variabilidad interanual del clima…cuan importante? • Modos globales de variabilidad climática • Anatomía de ENSO • Dinámica de ENSO (iniciación, crecimiento, cambio de fase) • Impactos globales de ENOS • ENOS en el pasado y futuro • PDO & AAO: Aspectos básicos

3. Interannual Precipitation Variability (UdW data) La Serena P(JJA)

4. The low-level air temperature field

5. Local, interannual variability of P, SAT and other variables (cloudiness, wind, moisture…): • Hardly local or internal (e.g., coupling with soil moisture) • Usually coherent on space with near and remote regions • Most likely produced by modes of large-scale circulation ENSO, PDO, AAO, AO, NAO Physical mechanism Spatial pattern Temporal behavior

6. Patterns / modes of large-scale circulation…be aware! Quadreli and Wallace, J. Climate, 2002

7. How to make a circulation mode? • Choose a variable/level from reanalysis • You may want to pre-filter the data and select a sub-domain • Use your favorite stat-software (Matlab, Maple, etc) • Select a complicated tool (e.g., complex-rotated-extended-multidimensional EOF) • Get your spatial pattern and loading factors (time series) • Unfortunately, it is very likely that you get a mode that is very similar to something already known. Quadreli and Wallace J. Climate, 2002

8. Leadings modes of interannual (and longer) of atmospheric variability: ENSO – PDO(?) - AAO

9. Leadings modes of interannual (and longer) of atmospheric variability: ENSO – PDO(?) - AAO

11. ENSO representa, por lejos, la mayor fuente de variabilidad interanual a nivel global (y por cierto sobre Sud América). Para comprender su dinámica primero debemos entender el estado medio del sistema Océano-atmosfera en la cuenca del Pacifico Climatología de TSM (colores) y PNM (contornos) Notar gradiente zonal en ambas variables 1005 >28°C <20°C 1020

13. Surgencia: Afloramiento de aguas profundas (frías, ricas en O2 y nutrientes) por efecto del viento Surgencia ecuatorial Surgencia costera

16. Acoplamiento océano-atmósfera es un elemento clave en el funcionamiento del sistema: Bjerknes feedback • El gradiente térmico E-W (caliente en el W y frío en el E) condiciona un gradiente bárico (baja en el W y alta en el E) • El gradiente E-W de presión condiciona una circulación persistente de E a W (vientos alisios) • Los vientos alisios hacen aumentar el nivel del mar en Oceanía y favorecen el desarrollo de surgencia. • La surgencia de aguas relativamente fría a lo largo del Pacífico Ecuatorial tiende a mantener el contraste térmico y por esta vía, el gradiente de presión.

17. Sin embargo, condición normal no siempre esta presente. TSM aumenta y disminuye, especialmente en el Pacifico ecuatorial, dando origen a los años de El Niño (cálido) y La Niña (fríos) Anomalías de TSM (valor mensual – promedio)

18. Periodicidad: 3-7 años, duración: 1-2 años, Amplitud ~1-2°C

20. Estan la OS y EN asociados? SI..... El Niño (TSM sobre el promedio)  Anticiclón del Pacifico relativamente bajo La Niña (TSM bajo el promedio)  Anticiclón del Pacifico relativamente alto

23. Examples of ENSO events during the past 50 years

27. Bjerknes Feeback ENOS: Fase Cálida (EN) • Disminuye la presión frente a la costa de Ecuador, Perú y norte de Chile, y aumenta en el Pacífico occidental (fase negativa de la OS) • Los vientos alisios se debilitan por menor gradiente de presión. • Se debilita la surgencia a lo largo del Pacífico ecuatorial, como resultado del debilitamiento de los alisios • Aumenta la temperatura superficial del mar debido a la menor surgencia. La zona de ascenso de la celda de Walker se mueve hacia el Este. • Aumenta el nivel del mar en la costa de América del Sur, y disminuye en Oceanía. • El contraste térmico E-W disminuye a lo largo del Pacífico ecuatorial • Lo anterior favorece un reforzamiento de las anomalías de presión y de los efectos asociados. • El fenómeno persiste ! !

28. ENOS: Fase Fría (LN) • Aumenta la presión frente a la costa de Ecuador, Perú y norte de Chile, y disminuye en el Pacífico occidental (fase positiva de la OS) • Los vientos alisios se intensifican por el mayor gradiente de presión. • Se fortalece la surgencia a lo largo del Pacífico ecuatorial, como resultado de la intensificación de los alisios. • Disminuye la temperatura superficial del mar debido a la menor surgencia. La zona de ascenso de la celda de Walker se mueve hacia el Oeste. • Disminuye el nivel del mar en la costa de América del Sur, y aumenta en Oceanía. • El contraste térmico E-W aumenta a lo largo del Pacífico ecuatorial • Lo anterior favorece un reforzamiento de las anomalías de presión y de los efectos asociados. • El fenómeno persiste ! !

29. Dinámica de ENSO • Fase de crecimiento bien explicada por mecanismo de retroalimentación de Bjerknes (1966). Sin embargo hay varios aspectos que permanecen en debate: • Oscilación continua v/s fenómeno esporádico • Mecanismo de iniciación • Mecanismo de transición de fase

30. Iniciación de ENSO • “Westerly wind bursts” asociados a MJO o Monzón del Asia • Termoclina profunda en la región ecuatorial parece condición necesaria pero no suficiente

32. Mecanismos de transición de fase: • Teoría del oscilador retardado (DelayedOscillator: Schopf and Suarez 1988; Battisti and Hirtz, 1989): La memoria del océano es provista por la profundidad de la termoclina mediante la propagación y reflexión de ondas oceánicas. En este caso, el periodo de ENSO es determinado por la velocidad de fase de las ondas en juego. • Teoría del oscilador recargado (Wyrtki 1975; Jin 1997): La memoria del océano es provista por la profundidad promedio de la termoclina la cual esta permanentemente fuera de equilibrio con el esfuerzo del viento en la franja ecuatorial. • Otras teorías (oscilador advectivo-reflectivo, oscilador unificado).

33. V’ > 0

34. How does El Nino End? A growing El Nino contains the seeds of its own destruction. 1. Hit ocean with a westerly wind stress pulse 2. Warm Kelvin waves propagate east along equator  Event starts! 3. Cold Rossby waves propagate west at higher lat and reflect back eastward as Kelvin waves Event ends http://iri.columbia.edu/climate/ENSO/theory/

35. Kelvin and Rossby waves, and the delayed oscillator mechanism (1988) • An initial weakening of trades • Warm kelvin wave, positive feedback, El Nino peaks • Cold Rossby waves making their way to the west pacific • Reflecting from western boundary and ending the event, starting a La Nina event. • All repeats with opposite signs…

36. Impactos de ENSO • Global • Regional

39. GHCN Composites for EN years Rainfall Surface Air Temperature JJA DJF http://www.knmi.nl/research/global_climate/enso/effects/

40. Impactos climáticos de EN verano invierno Ref: CPC/NCEP/NOAA

41. Impactos climáticos de LN

43. Red: EN3.4 Black: El Niño Modoki Index

50. ENSO in the past Variability of El Niño/Southern Oscillation activity at millennial timescales during the Holocene epoch Nature, 420, 162 - 165 (2002); doi:10.1038/nature01194 Christopher M. Moy1,4, Geoffrey O. Seltzer1, Donald T. Rodbell2, and David M. Anderson3