Registro:
Documento: | Tesis Doctoral |
Título: | Impactos locales y no locales de la variabilidad de la humedad del suelo en el clima de Sudamérica : de escala diurna a interanual |
Título alternativo: | Local and nonlocal impacts of soil moisture variability on the South American climate : from diurnal to interannual scales |
Autor: | Giles, Julián Alberto |
Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
Filiación: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA)
|
Publicación en la Web: | 2022-03-29 |
Fecha de defensa: | 2021-03-23 |
Fecha en portada: | 2021 |
Grado Obtenido: | Doctorado |
Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos |
Director: | Menéndez, Claudio Guillermo |
Director Asistente: | Ruscica, Romina Carla |
Consejero: | Vera, Carolina Susana |
Jurado: | García Skabar, Yanina; González, Marcela Hebe; Bert, Federico |
Idioma: | Español |
Palabras clave: | TEMPERATURA; PRECIPITACION; CICLO DIURNO; VARIABILIDAD INTERANUAL; ACOPLE SUELO-ATMOSFERA; SUDAMERICATEMPERATURE; PRECIPITATION; DIURNAL CYCLE; INTERANNUAL VARIABILITY; LAND-ATMOSPHERE COUPLING; SOUTH AMERICA |
Formato: | PDF |
Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6847_Giles |
PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6847_Giles.pdf |
Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6847_Giles |
Ubicación: | Dep.ATM 006847 |
Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Giles, Julián Alberto. (2021). Impactos locales y no locales de la variabilidad de la humedad del suelo en el clima de Sudamérica : de escala diurna a interanual. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6847_Giles |
Resumen:
La importancia del estado del suelo como modulador del comportamiento de la atmósfera ha sido ampliamente reconocida en estudios previos. La interacción suelo-atmósfera puede afectar propiedades de la capa límite (efecto local) así como la circulación atmosférica (efectos no locales) en diferentes escalas espaciales y temporales. Comprender los procesos involucrados contribuiría a mejorar la predictibilidad de las variaciones de precipitación y temperatura, de gran interés para sectores como el energético y el agrícola. En esta tesis se exploran procesos relacionados con la variabilidad de la humedad del suelo (HS) en las escalas interanual y diurna en Sudamérica. Para ello, se realizaron dos simulaciones con los modelos climáticos RCA4 y LMDZ, una en la cual la HS interactúa libremente con la atmósfera y otra en la que la HS está prescripta de forma tal de eliminar su variabilidad interanual pero manteniendo su ciclo anual medio. Además, se utilizaron datos de reanálisis y de distintos productos climáticos como referencia. En primer lugar, se analizó el ciclo diurno medio de precipitación a escala continental en la estación monzónica (octubre-marzo), comparando las simulaciones con los modelos RCA4 y LMDZ contra reanálisis y productos satelitales. El principal modo de variabilidad diurna es el forzado por el calentamiento radiativo y la subsecuente precipitación iniciada en horas de la tarde. El segundo modo parece dominado por efectos costeros y orográficos, aunque es menos coherente entre bases de datos. Se caracterizó la precipitación según su frecuencia, intensidad y cantidad y se compararon diferencias noche-día a lo largo del continente. Se identificaron limitaciones de los modelos en representar correctamente el ciclo diurno medio, generalmente asociadas a eventos de lluvia disparados tempranamente o a preponderancia de lluvia por la tarde. Zonas con precipitación media nocturna, como el centro-norte de Argentina, no suelen ser bien representadas. Con el fin de explorar este problema, se puso el foco en eventos de precipitación en el noreste de Argentina. Se analizaron composiciones de días de cielo despejado, días con lluvia a la tarde y días con lluvia nocturna, y se exploró el balance hídrico atmosférico en cada caso y el rol del acople suelo-atmósfera. A pesar de las limitaciones en representar el ciclo diurno medio, RCA4 reproduce de manera aceptable los eventos particulares seleccionados comparado a otras bases de datos. Tanto RCA4 como el reanálisis ERA5 coinciden en que los eventos de lluvia por la tarde son promovidos por las condiciones locales y su principal fuente de agua es la evapotranspiración local. Por otro lado, los eventos nocturnos dependen de forzantes de mayor escala y están alimentados principalmente por el flujo de humedad que converge en la región a través de la corriente en chorro de capas bajas (SALLJ). Se encontró que, si bien el sudeste de Sudamérica, y en particular el noreste de Argentina, es en promedio una zona de acople local suelo-atmósfera, los días con cielo despejado presentan mayor acople local que los días de lluvia a la tarde, mientras que los días de lluvia nocturna no muestran evidencia de acople local. Sin embargo, los eventos de precipitación nocturna son los más afectados si se comparan ambas simulaciones, sugiriendo efectos no locales del acople en estos casos. Se propuso, entonces, un mecanismo no local en el cual la variabilidad de la HS en el este de Brasil impacta sobre la circulación regional, limitando el flujo de humedad que llega al norte de Argentina y promoviendo subsidencia anómala, reduciendo la precipitación asociada a los eventos nocturnos en el noreste de Argentina. Mediante este mecanismo se relacionan dos escalas de variabilidad (diurna e interanual) y dos regiones del continente a través del acople suelo-atmósfera. Por otro lado, se investigó el rol del acople local HS-precipitación en la ocurrencia de eventos de lluvia por la tarde (sin tener en cuenta la intensidad), en relación a anomalías espacio-temporales y a la heterogeneidad de la HS. En general, los gradientes espaciales de HS tienden a ser un factor importante en promover la precipitación por la tarde, y el acople resulta en un feedback temporal positivo o negativo según la región. Se observaron resultados opuestos entre zonas con regímenes climáticos diferentes, sugiriendo que los mecanismos que conectan anomalías de HS y precipitación serían dependientes del tipo de régimen. La comparación de los diagnósticos entre las dos simulaciones permitió confirmar que los resultados obtenidos pueden efectivamente asociarse al acople y que no son producto de otros forzantes de la precipitación. Finalmente, se abordó la escala interanual, estudiando el acople local suelo-atmósfera con foco en la temperatura del aire superficial. Las regiones de alta variabilidad inter-anual de temperatura coinciden mayormente con las zonas de acople HS-atmósfera, localizadas principalmente en el sudeste de Sudamérica y en el este de Brasil. En las zonas de acople interactúan la HS y el balance energético en superficie, siendo la variabilidad de la temperatura parcialmente modulada por la interacción suelo-atmósfera. El acople se presenta mayormente en primavera y verano en el sudeste de Sudamérica mientras que en el este de Brasil está presente durante todo el año. También se señalaron diferencias entre los resultados de cada modelo, sugiriendo que la representación del acople es sensible a las parametrizaciones del suelo utilizadas. Además, se observó cómo la influencia del acople en la variabilidad atmosférica local disminuye con la altura.
Abstract:
The relevance of the soil state in modulating the behavior of the atmosphere has been widely recognized in previous studies. The land-atmosphere interaction can affect the properties of the planetary boundary layer (local effect) as well as the atmospheric circulation (nonlocal effects) at different spatial and temporal scales. Understanding the processes involved would contribute to improve the predictability of temperature and precipitation, which is of great interest for many sectors of society. In this thesis, the processes related to the variability of soil moisture (SM) at the interannual and diurnal scales are explored in South America. To that end, two simulations with the climate models RCA4 and LMDZ were performed, one in which the SM interacts freely with the atmosphere and another one in which the SM is prescribed in order to eliminate its interannual variability while maintaining its mean annual cycle. In addition, data from reanalysis and different climate products were used as reference. First, the mean diurnal cycle of precipitation at the continental scale was analy-zed during the monsoon season (October-March), comparing the simulations with the RCA4 and LMDZ models against reanalysis and satellite products. The main mode of diurnal variability is the one driven by radiative heating and subsequent precipitation triggered in the afternoon. The second mode appears to be dominated by coastal and orographic effects, although it is less consistent across databases. Precipitation was characterized according to frequency, intensity and amount, and night-day differences were compared across the continent. Model limitations were identified regarding the correct representation of the mean diurnal cycle, generally associated with early-triggered rainfall events or a preponderance of afternoon rainfall. Areas with mean nocturnal precipitation, such as central-northern Argentina, are usually not well represented. In order to explore this problem, the focus was put on precipitation events in northeastern Argentina. Composites of clear-sky days, rainy-afternoon days and rainy-night days were selected, and the atmospheric water balance in each case and the role of the land-atmosphere coupling were explored. Despite the limitations in representing the mean diurnal cycle, RCA4 acceptably reproduces the particular events selected compared to other datasets. Both RCA4 and the ERA5 reanalysis agree that afternoon rainfall events are fostered by local conditions and their main source of water is local evapotranspiration. On the other hand, nighttime events depend on larger-scale drivers and mainly feed on the moisture that converges in the region through the South American low-level jet. It was found that, although southeastern South America, and northeastern Argentina in particular, is, on average, a land-atmosphere local coupling zone, clear-sky days show increased local coupling compared to rainy-afternoon days, while rainy-night days show no evidence of local coupling. However, nighttime precipitation events are the most affected when comparing both simulations, suggesting nonlocal effects of the coupling in these cases. A nonlocal mechanism is then proposed in which SM variability in eastern Brazil impacts the regional circulation, limiting the moisture flux into northern Argentina and promoting anomalous subsidence, thus reducing the precipitation associated with nocturnal events. This mechanism links two scales of variability (diurnal and interannual) and two regions of the continent through the soil-atmosphere coupling. On the other hand, the role of the local SM-precipitation coupling on the occurrence of afternoon rainfall events was explored (without considering the intensity of the events), related to spatio-temporal anomalies and heterogeneity of SM. In general, the spatial SM gradients are an important factor in promoting afternoon precipitation, and a positive or negative temporal feedback can be derived from the coupling depending on the region. Opposing results were observed between areas of different climatic regimes, suggesting that the mechanisms that connect anomalies of SM with precipitation depend on the type of regime. The comparison of the diagnostics between the two simulations allowed to confirm that the results obtained are in fact related to the coupling and are not a product of other precipitation forcings. Finally, the interannual scale was addressed by studying the land-atmosphere local coupling, focusing on the surface air temperature. The regions of high interannual variability of temperature coincide with those of SM-atmosphere coupling, located mainly in southeastern South America and in eastern Brazil. In the coupling zones, the SM and the surface energy balance interact, being the temperature variability partially driven by the land-atmosphere interaction. The coupling is mainly present in spring and summer in southeastern South America while in eastern Brazil it is present all year-round. Differences between the results of each model were pointed out, suggesting that the representation of the coupling is sensitive to the soil parameterizations used. In addition, it was observed how the influence of the coupling on the local atmospheric variability decreases with altitude.
Citación:
---------- APA ----------
Giles, Julián Alberto. (2021). Impactos locales y no locales de la variabilidad de la humedad del suelo en el clima de Sudamérica : de escala diurna a interanual. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6847_Giles
---------- CHICAGO ----------
Giles, Julián Alberto. "Impactos locales y no locales de la variabilidad de la humedad del suelo en el clima de Sudamérica : de escala diurna a interanual". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2021.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6847_Giles
Estadísticas:
Descargas totales desde :
Descargas mensuales
https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6847_Giles.pdf