en Tenerife, a lo largo del año.
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2.3 La vorticidad potencial: la herramienta eficaz.
En el análisis de las medidas de ozono, y para tratar de conocer su
posible origen, además de las trayectorias isentrópicas, es necesaria
información dinámica adicional que nos permita saber, por ejemplo, si ha tenido lugar o no una intrusión estratosférica que haya podido inyectar ozono en la troposfera. Esta información se obtiene del análisis de la vorticidad potencial en determinados niveles isentrópicos, como son los de 325 y 330 K.
El proceso denominado como “desdoblamiento de tropopausa” fue
propuesto por Raed y Danielsen (1959), y comprobado posteriormente de
forma experimental por Danielsen (1964y 1958) mediante vuelos realizados a
través de dichos desdoblamientos. Los aviones iban equipados de tal modo que pudieron medir aerosoles radiactivos y productos derivados de las pruebas nucleares realizadas en los años sesenta, que son característicos de la baja estratosfera.
Los resultados no dejaban lugar a dudas: el ozono de la baja estratosfera era transportado a la troposfera a través de los procesos de desdoblamiento de tropopausa, ya que en estos pliegues se producían intrusiones de aire. En los años setenta, y una vez que fueron desarrollados los analizadores de ozono de respuesta rápida a bordo de aviones, estos hechos fueron confirmados definitivamente. Otro hecho que fue confirmado por las medidas realizadas a bordo de los aviones fue que el aire estratosférico podía ser identificado en la troposfera por sus valores altos de vorticidad potencial.
La vorticidad potencial introducida por ErIal (1942) se conserva en ausencia de calentamientos diabáticos y fuerzas de fricción. La vorticidad
Aspectos meteorológicos 55
potencial <VP) de Ertel se puede escribir en el sistema de coordenadas isentrópicas {x,y,8,t> como:
~g0
e—y’1o0
(2.1)
donde:
1) ~6=~0+f es la vorticidad vertical absoluta en este sistema, que es una medida de la estabilidad inercial.
2> a
es
el volumen específico de aire.3) a =<-a
e’>
56/5p es la estabilidad estática seca, que es el término usado convencionalmente para distinguir la estratosfera de la troposfera.Por lo tanto, P0 es una combinación de vorticidad absoluta y estabilidad estática. La estabilidad estática se aplica a una masa de aire que se desplaza verticalmente. Cuando el aire que la rodea es estable, será forzada a volver a su posición inicial y cuando es inestable, será acelerada en un proceso de mezcla vertical. De una forma similar, la estabilidad inercial se aplica a una masa de aire desplazada horizontalmente sobre una superficie isentrópica. Cuando el aire que la rodea es inercialmente inestable, el proceso de mezcla horizontal es el resultado más probable ante un desplazamiento infinitesimal de la masa de aire.
Si se incluyen efectos diabáticos y de fricción, entonces se producen cambios en la VP:
=a
V~D[W0
é
+ÉXEJ
(2.2)
donde:
=
20 +VJDXC;
siendo Ú=[u,v.O]
Si consideramos que los efectos de la fricción y los procesos diabáticos
son de escasa importancia, se puede ver de la ecuación 2.2 que P0 debe ser considerada como independiente del tiempo. Un análisis de escala de la misma ecuación, asumiendo que el calentamiento diabático vertical es mucho más grande que los gradientes horizontales, nos lleva a la ecuación:
~e
=-g(f(2.3)
La ecuación (2.3> muestra un mecanismo de generación de VP a través
de efectos diabáticos, teniendo en cuenta las distribuciones verticales de liberación de calor latente así como el flujo de calor por turbulencia cerca de la
tropopausa (Ka yser y Pecnick, 1986; Keyser y Shapiro, 1986). La integración
de la ecuación <2.1) a lo largo de un volumen de control nos da:
a<;o
>=J
j¿w8
Ó
~FR Xk¡ñdS
(2k
La integral anterior está extendida a la superficie que encierra el volumen de control, siendo el significado de <P9> el de la VP promediada sobre la masa de ese volumen. Esta ecuación nos muestra también que si la componente tangencial de la fricción y el calentamiento diabático son lo suficientemente pequeños como para ser despreciados, entonces la VP dentro del volumen se conserva dentro del volumen de control, de tal manera que los posibles efectos diabáticos en el interior de este volumen reajustan la VP de forma que el promedio global se promedie. Esto es lo que sucede en los procesos de intercambio estratosfera-troposfera.
Los análisis de VP en superficies isentrópicas, en este trabajo, se
realizan mediante interpolación óptima del modelo LAM-INM con condiciones
de contorno del modelo europeo ECMWP (García-Méndez. 1991). El análisis se
realiza sobre 10 niveles estándar de presión con una resolución horizontal de
0.910. La interpolación isentrópica se lleva a cabo asumiendo que la función de Exner (fl<p>=C0 T/O>, tiene una dependencia lineal con la presión, siendo la
presión, el viento y la razón de mezcla interpolados de este modo. El
geopotencial
(4>
y la función de corriente isentrópica, (‘I’o=* +Q
TIO>, soninterpolados por consistencia hidrostática (Garcfa-Méndez,comunicación
personal). La estabilidad estática es determinada mediante diferencias finitas
verticales centradas con un intervalo de +1-A8=5 K en cada nivel isentrópico
Ala tropopausa se le suele asignar un valor de VP=1.6 10~6km2 kg’s1
y corresponde justamente con un fuerte gradiente en VP (Denia/sen y
Hipskind. 1980) con valores muy altos de VP en la estratosfera, hecho éste,
que nos permite distinguir fácilmente masas estratosféricas de troposféricas. En el capitulo 6 se muestran algunos análisis de vorticidad potencial realizados para algunos episodios en los que se sospechaba que podrían tener lugar procesos de intercambio estratosfera-troposfera. El análisis de campos de vorticidad potencial para estudiar en detalle procesos de intercambio estratosfera-troposfera ha sido utilizado ya por algunos autores, dándose la circunstancia que la mayor parte de ellos han tenido o tienen una relación muy
estrecha con el estudio del ozono (Danielsen. 1968; Danielsen y
i-tipsk¡nd. 1980; Hoskins at aL, 1985; Vaughan. 1988; Vaughan y Prica. 1989; Cuevas at al, 1995c).
Componentes atmosféricos