Procesos de interacción océano-atmósfera en la zona de surgencias de la Guajira a diferentes escalas temporales

Abstract

La dinámica de la surgencia en la costa de La Guajira, Caribe colombiano ha sido analizada a partir de bases de datos atmosféricas y oceánicas de alta resolución espacial y temporal. De manera inicial se realizó la caracterización de la celda de circulación atmosférica identificada en el mar Caribe y su variación dentro del ciclo anual. El viento de bajo nivel del Caribe (CLLJ), que es parte de la celda 3D varía estacionalmente en su intensidad y ubicación media, siendo más intenso en la época seca principal (diciembre a marzo) y durante el Veranillo (julio) y se debilita en la época de lluvias (septiembre a noviembre). También se analizaron las anomalías interanuales del CLLJ las cuales se relacionaron con los eventos El Niño Oscilación Sur (ENOS) y las perturbaciones atmosféricas de corta duración asociadas con frentes fríos (Nortes), tormentas tropicales y frentes cálidos provenientes del Pacífico ecuatorial oriental, las cuales pueden ocasionar un cambio en la dirección del viento zonal por los días que dura el evento sinóptico. La respuesta oceánica al forzamiento del viento en la región costera de La Guajira fue evaluada mediante la estimación de índices tradicionales (Bakun) que se basan en el transporte de Ekman hacia mar afuera impulsado por el viento CLLJ que es favorable a la surgencia, así como índices oceánicos tales como las diferencias de temperatura superficial del mar (TSM) entre la costa y mar abierto y la profundidad de la isoterma de 25°C. Se evidenció que en la época seca de fuertes vientos la surgencia es intensa, se forma un marcado frente termal y la isoterma de 25°C se ubica en la capa de mezcla. En la época de lluvias el viento es favorable a la surgencia pero la capa superior del océano no responde al forzamiento del viento, el cual no tiene la suficiente intensidad y duración (impulso insuficiente) para elevar las isotermas más profundas a la superficie. En este periodo la dinámica de Ekman se debilita y flujos geostróficos favorecen el ingreso de flujos de menor densidad desde la cuenca Panamá-Colombia hacia la costa de La Guajira, inhibiendo aún más el ascenso de aguas frías y la cesación de la surgencia. A escalas intraestacionales se evidenció que los vientos anómalos dan lugar la interrupción de las surgencia por los días que dura la perturbación atmosférica y en algunas ocasiones estos vientos favorecen el hundimiento de la capa superficial por convergencia del agua superficial hacia la costa. Interanualmente, la surgencia presentó anomalías durante la época las cuales fueron relacionadas con los eventos ENOS. El balance de calor en esta región responde principalmente a los flujos radiativos dados en esta zona y al efecto de las corrientes oceánicas. El balance de sal está dado por los flujos advectivos con menor influencia por los flujos atmosféricos (evaporación y precipitación). Estos flujos están siendo modulados interanualmente por la ocurrencia de eventos ENOS. Finalmente, se evaluó la tendencia de largo plazo de la actividad de la surgencia en La Guajira, a partir de numerosas bases de datos de viento y TSM. Con respecto a la tendencia de los vientos favorables a la surgencia, los resultados son variables y dependen de la base de datos analizada. Algunas fuentes de información indican que se están intensificando, lo cual causa un incremento del transporte de Ekman (tendencia positiva del índice de Bakun) y del bombeo de Ekman en la costa. Sin embargo, el índice de surgencias a partir de la TSM es negativo, indicando que el gradiente de TSM costa vs. océano ha cambiado las últimas décadas, y las aguas costeras cada vez son menos frías que las aguas oceánicas, debido al calentamiento desigual observado. La tendencia de la profundidad de la isoterma de 25°C, así como la tendencia de la profundidad de la capa de mezcla y el contenido de calor oceánico superficial indican que el calentamiento no solo es superficial, sino que afecta la capa superior del océano. Se concluye que el sistema de surgencias de La Guajira está presentando un calentamiento de toda la capa superficial

Abstract:The upwelling dynamics in the coastal zone of La Guajira, Caribbean Sea, was analysed in detail by means of high resolution atmospheric and oceanic databases. The first approach was, to characterize the atmospheric circulation cell which has been previously identified in the Caribbean Sea, by evaluating its variability within the annual cycle. The Caribbean Low- Level Jet (CLLJ), which is the lower branch of this 3D cell varies seasonally in strength and mean location, being intense in the main dry season (December to March) and during the Mid-Summer Drought (July) and relatively weak during the rainy season (September to November).It was also analysed the interannual anomalies of the CLLJ, which were related to the El Ni˜no- La Ni˜na Southern Oscillation (ENSO) events, and the short-term atmospheric perturbations which have occurred in this region, and that were associated with cold fronts (known as “Nortes”) , tropical storms and warm fronts that enter the basin from the Eastern Tropical Pacific region. All these anomalous winds can modify the direction of the prevailing atmospheric circulation for the days these synoptic conditions last. The second approach was, the evaluation of the oceanic response to the atmospheric forcing in the coastal región of La Guajira, by means of the estimation of upwelling indices such as, the classical Bakun index, which is based on the offshore Ekman transport triggered by the favourable to upwelling winds, but also the estimation of other oceanic indices such as, the Sea Surface Temperature (SST) gradient between coastal and offshore waters, and the depth of the 25_ C isotherm. The is evidence of active and intense upwelling during the dry and windy season, with a strong thermal front in the surface layer of the ocean and the shoaling of the Deep 25_ C isotherm to the upper mixed layer. In the rainy season, even though, wind direction is still favourable to upwelling, there is no oceanic evidence of the upwelling of cold waters. The ocean doesn’t respond to the wind forcing since it’s intensity and persistence (impulse) is insufficient to bring the deep-cold waters to the sea surface. During this season, the Ekman dynamics weaken, and a geostrophic circulation intensifies, favouring the arrival of low- density surface waters to the coastal zone of La Guajira. These waters coming from the Panama-Colombia basin, displace downwards the coastal upper mixed layer, inhibiting the rising of the deep isotherms, hence inducing the termination of upwelling of cold waters.At intra-seasonal scales, there was found evidence of anomalous winds (flowing along the coast towards the northeast) causing short- term interruptions of the upwelling, and in some cases, inducing downwelling of the upper layer due to the convergence of surface waters towards the coast. Interannually, the upwelling showed anomalies which were related to ENSO events. The heat balance in this region responds mainly to the atmospheric radiative fluxes and to the advective fluxes due to ocean currents. The salt balance is determined by the currents with less influence of the atmospheric water balance (Evaporation-Precipitation). These fluxes have been modulated by ENSO. Finally, the long-term tendency of upwelling in La Guajira was evaluated, by means of the analysis of several wind and SST databases. Regarding the favourable to upwelling winds, results varied broadly from database to data- base. Some indicated that these winds are strengthening, thus inducing an intensification of the coastal upwelling in this area (by an increased offshore Ekman transport and upward pumping). However, the SST gradient index is negative, indicating that the thermal differences between coastal and open ocean are decreasing the last three decades, given that the coastal waters are evidently warming up. Also, the tendency of the depth of the 25_ C isotherm, of the mixed layer depth and of the upper ocean heat content are indicating that there has been a long term warming of the upper layer of the ocean near the coast of La Guajira.