El Hidroclima del Siglo XX en Norte Am

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El Hidroclima del Siglo XX en Norte América según
los Modelos del IPCC

• Alfredo Ruiz-Barradas
• Sumant Nigam

Department of Atmospheric and Oceanic
Science University of Maryland
Xalapa, Veracruz, MEXICO Julio 20 del 2007
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Motivación

• Conocer la estructura y mecanismos de
  variabilidad de la precipitation en los modelos
  del clima mas sofisticados
• A investigar
• Validación de los Modelos (en una región
  favorable)
• Contribución relativa de las fuentes de humedad
  local (evapotranspiración) vs remota (flujos de
  humedad).

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Contenido

• El Sistema Climático y el Ciclo Hidrológico
• Datos
• Ciclo Anual de la Precipitación
• Variabilidad de la Precipitación sobre las
  Grandes Planicies de los EU.
• Estructura del hidroclima asociado a anomalías de
  precipitación.
• Reciclado de la Precipitación
• Efectos remotos
• Conclusiones
• Bibliografía

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El Sistema Climático lo que los modelos
intentan simular
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El Ciclo del Agua
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El Ciclo Hidrológico
Rama Atmosférica transporte atmosférico de
(principalmente) vapor de agua.
P
Ciclo Hidrológico
E
Rama Terrestre Entrada, salida y
almacenamiento de agua en los continentes y
oceanos.

• EgtP sobre regiones subtropicales (anticiclones
  semipermanentes)
• PgtE sobre regiones ecuatoriales (ZCIT), y
  latitudes medias (disturbios del frente polar)
• Vapor de agua, liberado principalmente sobre los
  oceanos tropicales, es transportado hacia el
  ecuador y los polos para mantener el suministro
  de humedad de los cinturones de precipitacion.
• Así, la atmósfera y su circulación general juegan
  un papel fundamental en mantaner el ciclo
  hidrológico.

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La Rama Atmosférica
q Humedad Específica
Agua Precipitable
2-D Verticalmente Integrado Flujo de
Humedad
2-D Viento
Verticalmente Integrada Convergencia del
Flujo de Humedad
E Evaporación
P Precipitación
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Datos

• Analisis retrospectivo de precipitación sobre
  Estados Unidos y México (US-MEX)1951-1998.
• Reanalisis Regional de Norte América (NARR)
• 1979-1998.
• Simulaciones del Clima del siglo XX 1951-1998.
• Forzamiento Histórico
• Radiación Solar
• Aerosoles Volcanicos y antropogenicos
  (profundidad óptica)
• Ozono, Dioxido de Carbono
• Otros gases de efecto invernadero
• Resolución
• Horizontal R30 (96x80) Rejilla Gausiana
• Vertical 17 niveles de presión

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MODELOS
10
MODELOS
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Precipitación Ciclo Anual Promedio
Anual (1979-1998)
El ciclo anual disminuye y ocurre mas temprano
en el verano desde México tropical hasta el
centro de EU
Máximo debil sobre el sureste de los EU en los
meses de invierno/primavera
Máximo sobre el noroeste de EU en Enero
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JJA Precipitación Climatología
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Región de las Grandes Planicies se define por
el promedio superficial de precipitación en el
área de 100-90W,35-45N (GPP)
Precipitación JJA DST
US-MEX 0.91 mm/day
Como se dan esos Maximos en la DST?
1.00 mm/day
0.63 mm/day
1.12 mm/day
0.92 mm/day
0.78 mm/day
0.72 mm/day
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Histograma de Eventos de Precipitación de
acuerdo a los Indices GPP (1951-1998)
0.91 mm/day
76lt0
68gt0
1.00 mm/day
0.63 mm/day
DST pequeña debido a la concentración de
eventos pequeños
67lt0
77gt0
77lt0
67gt0
DST grande debido a eventos extremos
1.12 mm/day
0.92 mm/day
72lt0
72gt0
75lt0
69gt0
0.72 mm/day
0.78 mm/day
73lt0
71gt0
73lt0
71gt0
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GPP Indices Suavizados
Correlations entre GPP Indices Suavizados
US-MEX CCSM3 GFDL-CM2.1 GISS-EH PCM UKMO-HadCM3
MIROC3.2(hires)
US-MEX 1 -0.11 0.10
0.34 -0.25 0.54
-0.11
Significantes al nivel del 0.05
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Regresión de Anomalías de Precipitación sobre
los Indices GPP en verano (JJA)
0.89 mm/day
1.04 mm/day
0.63 mm/day
1.13 mm/day
0.92 mm/day
0.73 mm/day
0.78 mm/day
Significantes al nivel del 0.05
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Regresión de Anomalías de Precipitation
Convectiva sobre los Indices GPP en verano
(JJA)
18
Regresión de Anomalías de Precipitation
Estratiforme sobre los Indices GPP en verano
(JJA)
Valores muy altos!
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Regresión de Anomalías de Flujos de Humedad Y
su convergencia sobre los Indices GPP en verano
(JJA)
0.66 mm/day
0.45 mm/day
0.46 mm/day
0.40 mm/day
0.83 mm/day
0.91 mm/day
0.66 mm/day
Significant at the 0.05 level
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Regresión de Anomalías de Evapotranspiración
sobre los Indices GPP en verano (JJA)
0.22 mm/day
0.69 mm/day
0.04 mm/day
0.59 mm/day
0.14 mm/day
-0.04 mm/day
0.06 mm/day
Significant at the 0.05 level
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Hasta aqui, tenemos la siguiente idea respecto a
los controles relativos de la variabilidad de la
precipitación

• Evapotranspiración domina sobre la Convergencia
  de los Flujos de
• Humedad
• CCSM3, GFDL-CM2.1
• Convergencia de los Flujos de Humedad domina
  ampliamente sobre
• Evapotranspiración
• GISS-EH, MIROC3.2(hires)
• Convergencia de los Flujos de Humedad domina
  sobre Evapotranspiración
• NARR/US-MEX
• PCM,UKMO-HadCM3

Es el reciclado de la precipitación el mismo en
CCSM3 y GFDL-CM2.1?
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Autocorrelación de los Indices GPP
Error Estandar
Significancia al nivel del 0.05
CCSM3 GFDL-CM2.1 no reciclan precipitación
de la misma manera!!
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Correlación de Anomalías de la Temperatura de
la Superficie del Océano (SST) con los Indices
Suavizados GPP en verano (JJA)
Estructura parecida al Patrón de variabilidad
Decadal del Pacifico (PDV)
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Cual es el impacto de la región escogida en
definir los Indices GPP en los modelos?
1.28 mm/day
0.50 mm/day
0.67 mm/day
Correlation Junio-Julio De los GPP Indices
es 0.8!!
Refuerza los resultados!!
Significante al nivel del 0.05
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Conclusiones

• NARR/US-Mexico sugieren que las fuentes remotas
  de humedad (flujos de humedad) dominan sobre las
  fuentes locales de humedad (evapotranspiración)
  en la generación de variabilidad interanual de la
  precipitación sobre las Grandes Planicies de los
  EU durante el verano.
• Existe una estructura coherente, y semejante al
  patrón de variabilidad decadal en el Pacífico en
  observaciones de SST, esta asociado con
  variabilidad de la precipitación de las Grandes
  Planicies de los EU.
• Modelos vienen en tres diferentes sabores
• MFC gtgt E MIROC3.2(hires), GISSEH, GISS-ER
• MFC gt E UKMO-HadCM3, PCM
• E gt MFC CCSM3, GFDL-CM2.1, GFDL-CM2.0,
  GISS-AOM
• Deficiente simulación de los flujos de humedad
  que alimentan a las Grandes Planicies.
• El modelo inglés, UKMO-HadCM3, es el que mejor
  reproduce las estructuras observadas.
• En consecuencia las simulations regionales del
  hidroclima (y sus prediciones) aun presentan un
  gran reto para los modelos globales (al menos en
  el contexto de variabilidad sobre las Grandes
  Planicies de los EU).

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Bibliografía

• Ruiz-Barradas, A. S. Nigam, 2006 IPCC's 20th
  Century Climate Simulations Varied
  Representations of North American Hydroclimate
  Variability. J. Climate, 19, 4041-4058.
• Ruiz-Barradas. A., S. Nigam, 2006 Great Plains
  hydroclimate variability the view from North
  American Regional Reanalysis.
• J. Climate, 19, 3004-3010.
• Nigam, S., and A. Ruiz-Barradas, 2006 Seasonal
  Hydroclimate Variability over North America in
  Global and Regional Reanalyses and AMIP
  Simulations A Mixed Assessment. J. Climate, 19,
  815-837.
• Ruiz-Barradas, A., S. Nigam, 2005 Warm-season
  rainfall variability over the US Great Plains in
  observations, NCEP and ERA-40 reanalyses, and
  NCAR and NASA atmospheric model simulations.
• J. Climate , 18, 1808-1829.

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Gracias
28
Invierno
29
DJF Precipitation Climatology
30
Precipitation DJF STD

SE
NW
31
NWPI
SEPI
32
Regressed Convective Precipitation on NWPI
Regressed Precipitation on NWPI
33
Regressed Evaporation on NWPI
Regressed Moisture Flux on NWPI
34
Regressed Convective Precipitation on SEPI
Regressed Precipitation on SEPI
35
Regressed Moisture Flux on SEPI
Regressed Evaporation on SEPI
36
México
37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
(No Transcript)