Modelización de las perturbaciones dinámicas del vórtice polar sobre la Antártida y América del Sur

• Main Author: Legnani, Walter E.
• Other Authors: Jacovkis, Pablo M.
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: Spanish
• Published: Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires 2001
• Subjects: MODELOS FISICO-COMPUTACIONAL; ARMONICOS DE HOUGH; METODOS ESPECTRALES; MECANICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL; ECUACIONES DE AGUAS POCO PROFUNDAS; VORTICIDAD POTENCIAL; SISTEMAS SINOPTICOS; VORTICE POLAR; AGUJERO DE OZONO; Alta; Austral; Elevado; Fidelidad; Antarc*; Antarctica; Antártida
• Online Access: http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_3421_Legnani; http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/h/1597; http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=Tesis_3421_Legnani_oai

El objetivo de esta tesis es mostrar la influencia de perturbaciones de escala sinóptica (de longitudes o escalas menores a 5000 km. aproximadamente) sobre el vórtice polar austral y sobre el agujero de ozono antártico. Estas perturbaciones se propagan desde la tropósfera y alcanzan la estratósfera inferior. Por este motivo se realizó un estudio de la presencia de perturbaciones sinópticas y sus características a distintas alturas para comprender su estructura vertical. Para realizar este análisis se diseñaron filtros espectrales bidimensionales en el espacio cuya función fue permitir el estudio por separado de los efectos de las diferentes perturbaciones en función de sus propiedades de onda. En este sentido se trabajó con valores diarios de forma tal de retener las posibles contribuciones no lineales en el tiempo. Se evaluaron las condiciones de penetración / propagación en la estratósfera inferior de los sistemas sinópticos y se estudió su impacto sobre la dinámica del vórtice polar y el agujero de ozono. Para ello se empleó un seguimiento de la dinámica del agujero de ozono en base a la evolución dinámica de la altura geopotencial y su participación en la deformación del sistema en análisis. Para completar el estudio se implementó un modelo de aguas poco profundas cuasitrídimensional que integra en forma espectral, mediante armónicos de Hough, las ecuaciones de movimiento, escritas en coordenadas isentrópicas. Esta metodología de integración numérica proveyó al modelo de un elevado rendimiento computacional, ya que la base espectral seleccionada fue la de autofunciones del operador de aguas poco profundas, de tal forma que no se hizo necesario el mapeo de la esfera para la resolución del sistema de ecuaciones. Este modelo posee una frontera inferior dada por la posición de la tropopausa y una superior libre, es decir, que constituye un problema clásico de aguas poco profundas con fondo móvil. El modelo es de tipo mecanístico y es forzado (mediante el ingreso de condiciones de contorno) por los valores de la temperatura de tropopausa, extraídos a partir de datos del ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasting). Este proceso requirió técnicas precisas de interpolación y de procesado de bases de datos para acoplar con el debido tiempo de integración el resto del modelo. Para establecer las condiciones iniciales del modelo al momento de realizar las integraciones de estudio se diseñó una integración previa de “warm up” hasta alcanzar condiciones dinámicas y termodinámicas de la atmósfera, apropiadas con la fecha del inicio de la integración propuesta en el experimento. También fue necesario ajustar el diseño de una capa de esponja en el contorno superior del modelo para evitar que se inestabilizara. A su vez se le añadió difusividad selectiva en la horizontal y la vertical para evitar que las perturbaciones de menor escala fuesen amortiguadas numéricamente. Para validar el modelo se tomó un caso de estudio comprendido entre los meses de octubre y noviembre de 1990 comparando los resultados del mismo con datos independientes del Goddard Space Flight Center de NASA (vorticidad potencial), y del National Oceanic and Atmospheríc Administration (NOAA), E.E.U.U. (vientos y temperatura). El modelo reprodujo estas condiciones con alta fidelidad. Los resultados del modelo convalidan los resultados observacionales sobre la contribución de los procesos de escala sinóptica en la deformación y evolución del vórtice polar y del agujero de ozono. En síntesis, la confirmación del aporte de perturbaciones de escala sinóptica en la deformación del vórtice polar constituye un novedoso aporte en el conocimiento de los mecanismos que participan en la evolución dinámica de este último. Dicho resultado es consolidado por un extenso estudio observacional y un modelo teórico, que incluye importantes implementaciones en modelado fisico-computacional, que lo respaldan.