Interacciones tropicales océano-atmósfera en modelos acopladosel caso de la termoclina ecuatorial y el afloramiento del noroeste de África

Resumen

Los procesos atmósfera-océano tienen una gran importancia en los trópicos. La región ecuatorial y los bordes orientales de los océanos son de particular interés. En estas regiones el acoplamiento entre el rozamiento del viento superficial y la capa superior del océano es muy fuerte; es también aquí donde el viento es capaz de producir afloramientos de agua fría procedente de capas profundas del océano, que tienen un importante impacto tanto en los ecosistemas marinos (este agua fría es rica en nutrientes y da lugar a zonas de abundante pesca) como en el clima. Para estudiar los procesos de acoplamiento entre atmósfera y océano es necesario recurrir a modelos acoplados de circulación general (CGCMs). Sin embargo, estos modelos muestran errores y sesgos tanto en la componente oceánica como en la atmosférica, y dichos errores pueden crecer al acoplar ambas. Esto hace que, pese a la utilidad de estos modelos para el estudio de las interacciones océano-atmósfera, sea necesario ampliar el conocimiento existente sobre su comportamiento. También es imprescindible definir correctamente la capa superior del océano (capa de mezcla), al ser la que interactúa con la atmósfera. Esta capa está situada sobre la termoclina, que es la región en la que el gradiente vertical de temperatura cambia más rápidamente. Localizar adecuadamente la termoclina es, pues, un paso necesario para afinar en el estudio de los fenómenos acoplados. En la primera parte de esta tesis se evalúa la validez de la aproximación a la profundidad de la termoclina ecuatorial más utilizada: la profundidad de la isoterma de 20 grados centígrados. Se estudia su dependencia de variables atmosféricas y su variabilidad entre modelos tanto en el océano Pacífico como en el Atlántico. En la segunda parte de la tesis se estudia la representación en modelos acoplados de la región de afloramiento del noroeste de África, situada entre 20°W y 15°W y 10°N y 25°N. Se evalúa la representación del ciclo estacional del afloramiento en un conjunto de 24 modelos del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados Fase 5 (CMIP5), así como la variabilidad intermodelo y qué factores de escala global afectan a esta representación. Por último, se lleva a cabo un experimento de sensibilidad que probar una hipótesis obtenida de los modelos del CMIP5, acerca de cómo afecta la posición de la Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ) al afloramiento del noroeste de África. Para esto utilizados dos simulaciones del modelo acoplado UCLA-CGCM. Los resultados más relevantes de esta tesis son que 1) z20 presenta algunos problemas como estimación de la termoclina ecuatorial, los mayores de los cuales son a) estar sistemáticamente más profunda que la termoclina real, b) su excesiva dependencia de la temperatura de la superficie del mar en el Pacífico oriental y c) su falta de sensibilidad a los vientos superficiales tanto ecuatoriales como extraecuatoriales en el Pacífico y en el Atlántico; 2) en la región de afloramiento del noroeste de África, los modelos acoplados representan adecuadamente el ciclo estacional del afloramiento dirigido por el viento, aunque exageran su intensidad. Sin embargo, muestran una desconexión entre el viento y la temperatura de la superficie del océano, debido a una termoclina demasiado intensa; 3) hay dos modos principales de variabilidad intermodelo, uno meridional dirigido por el contraste de presión entre África y el océano Atlántico y producido en última instancia por un exceso de radiación sobre el norte d África, y otro estacional que se debe a la posición de la ITCZ, que inhibe o favorece los vientos que producen el afloramiento y 4) que este segundo modo depende en gran medida del calentamiento diferencial de los hemisferios norte y sur, y puede modularse cambiando la radiación incidente sobre el hemisferio sur.