Sudden strastospheric warmings and the Brewer-Dobson Circulationdiagnostics and interactions

Resumen

En esta tesis se plantean los siguientes objetivos: Evaluar las características de los SSWs y su robustez al aplicar diferentes definiciones de SSWs. Entender cómo la parametrización TMS (Turbulent Mountain Stress) afecta a la ocurrencia de SSWs en el modelo WACCM4. Investigar la relación entre SSWs y la rama profunda polar de la BDC. Caracterizar la climatología de la BDC en WACCM4 e investigar sus cambios en el futuro en diferentes escenarios de cambio climático. La tesis se presenta en cuatro capítulos con los siguientes resultados: Utilizando datos de reanálisis y ocho definiciones de SSWs en el período 1958-2014, se han comparado sus climatologías así como un conjunto de diagnósticos. Los resultados indican que las características estratosféricas de los SSWs son insensibles al método, siendo la variabilidad entre casos mayor que entre métodos. Sin embargo, la distribución decadal de SSWs sí depende del método, y solo cuando se usa la inversión del viento en 60N aparece un mínimo en la década de 1990. Las principales diferencias entre definiciones se deben a SSW menores, que muestran un acoplamiento estratosfera-troposfera más débil y señales poco robustas en superficie. Por el contrario, los SSW mayores, que detectan la mayoría de métodos, presentan respuestas consistentes en superficie durante un mes después del SSW. Los resultados son coherentes en los tres reanálisis utilizados. Se han comparado dos simulaciones históricas con (TMS-on) y sin (TMS-off) la parametrización TMS de WACCM4 para analizar los mecanismos que explican sus diferencias en la frecuencia de SSWs a principios del invierno. Se ha constatado que los forzamientos de PWs y ondas de gravedad orográficas (OGWD) se compensan el uno con el otro de forma que el forzamiento total no varía. Al principio del invierno, cuando los vientos en superficie son más fuertes en TMS-off, hay más OGWD. Por compensación, se reduce el forzamiento de PWs en el vórtice y la probabilidad de generar SSWs. A finales de invierno, como el OGWD disminuye en TMS-off, el forzamiento de PWs es similar en TMS-on y TMS-off, y las frecuencias de SSWs son comparables. Se ha analizado la relación entre la BDC y los SSWs en simulaciones de WACCM4 con y sin forzamiento antropogénico. El análisis de la BDC y el flujo de Eliassen-Palm (EP) muestran que la convergencia de PWs antes del SSW induce una aceleración de la rama profunda de la BDC. Por el contrario, la propagación de PWs se inhibe y la BDC se debilita después del SSW. Además, los calentamientos de marzo, que incluyen SSWs y calentamientos finales tempranos adelantan la transición del invierno al verano de la BDC. Con un aumento del forzamiento antropogénico (RCP8.5), la transición de la BDC se retrasa, pero las fechas de transición durante los calentamientos de marzo no cambian, haciendo que su efecto neto aumente en el futuro. Se ha estudiado la climatología (1960-2005) y tendencias (2005-2100) de la BDC en tres escenarios de cambio climático con WACCM4. El modelo reproduce las ramas somera y profunda de la BDC de forma similar al Reanálisis. Como respuesta al aumento de gases de efecto invernadero, ambas ramas de la BDC se aceleran y el upwelling tropical de la rama profunda se eleva hacia la estratopausa. El análisis de forzamiento de ondas revela que la climatología del upwelling tropical en la baja y alta estratosfera está dominado por PWs, así como las tendencias en la baja estratosfera. Sin embargo, las ondas de gravedad (GWs) asociadas a frentes dominan las tendencias de la alta estratosfera. El ascenso y fortalecimiento de los jets subtropicales en el futuro inhibe la propagación vertical de la parte occidental del espectro de las GWs, permitiendo que la rama profunda se acelere.